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Der Artikel kompakt zusammengefasst
Die Auswahl an Speichern ist kontinuierlich gewachsen, moderne Speichertypen werden für praktisch alle Anwendungsfälle und Leistungsbereiche angeboten. Neben Warmwasserspeichern stehen auch Frischwasserstationen und die dazu notwendigen Pufferspeicher in verschiedenen Größen zur Verfügung.
Unterschiedliche Systeme
Warmes Wasser jederzeit und in jeder gewünschten Menge – das sind Anforderungen an die Trinkwassererwärmung. Um die Forderung nach „jeder gewünschten Menge“ erfüllen zu können, muss die Größe eines Warmwasserspeichers oder einer Frischwasserstation sorgfältig bestimmt werden.
Die Zuverlässigkeit dieser Bedarfsanalyse steigt, je mehr Eingangsdaten zur Verfügung stehen und je genauer diese sind. Grundsätzlich besteht die Wahl zwischen stehenden, liegenden und wandhängenden Speichern, unabhängig davon, ob ein Speichersystem oder ein Speicherladesystem vorgesehen ist.
Das Design der Speicher ist heute sehr ansprechend und optisch vielfach den Wärmeerzeugern angepasst. Zunehmend nachgefragt sind unter der Kesselverkleidung integrierte Warmwasserspeicher – dies spart Platz, vereinfacht die Montage und trägt zu einem harmonischen Erscheinungsbild des Heizsystems bei.
Bei Speicherlösungen in einem Heizsystem unterscheidet man zwischen Speichersystem (Warmwasserspeicher bzw. Trinkwarmwasserspeicher), Speicherladesystem und Frischwasserstation mit Pufferspeicher.
Warmwasserspeicher
Das Speichersystem ist in der Praxis unter der Bezeichnung Warmwasserspeicher bekannt. Beim Speichersystem wird kaltes Trinkwasser erwärmt und bis zur Entnahme bevorratet. Dazu hat der Warmwasserspeicher einen Speicherbehälter mit integriertem Wärmetauscher.
Der Wärmetauscher eines Warmwasserspeichers ist stets im unteren Bereich des Speicherbehälters angeordnet. Daher kann nach dem Schwerkraftprinzip das erwärmte, infolge des Dichteunterschieds „leichte“ Trinkwasser von allein zum Warmwasser-Zapfstutzen aufsteigen und sich danach gleichmäßig im gesamten Speicherbehälter verteilen (Bild A).
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Speichersysteme erzeugen und bevorraten mit einer relativ kleinen Wärmeleistung große Warmwassermengen für den Spitzenbedarf. Unabhängig von der installierten Kesselleistung steht der gesamte Warmwasservorrat des Warmwasserspeichers verzögerungsfrei und in großer Menge zur Verfügung.
Ähnlich wie bei einer Kaskade besteht bei Warmwasserspeichern die Möglichkeit, mehrere Speicher miteinander zu verbinden. Diese Option bietet sich z. B. an, falls ein Modell mit großem Volumen aufgrund seiner Abmessungen nicht in den Aufstellraum oder durch die Tür passt. Oder falls das Fassungsvermögen des größten verfügbaren Warmwasserspeichers nicht ausreicht.
Bivalente Warmwasserspeicher
Ideal für die Beheizung mit einer thermischen Solaranlage sind bivalente Speicher mit zwei eingebauten Wärmetauschern. Der Heizkessel erwärmt den Speicher über den oberen Wärmetauscher, wenn die Solarthermieanlage keine Wärme liefert (Bild B).
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Eine andere Möglichkeit ist die solare Beheizung eines Standspeichers, der im oberen Bereich über einen externen, konventionell beheizten Wärmetauscher nachgeheizt wird. Für die Nutzung der Solaranlage sowohl zur Warmwasserbereitung als auch zur Heizungsunterstützung gibt es spezielle Kombispeicher, die außer dem Speicherbehälter für die Warmwasserbereitung auch einen Heizungspuffer enthalten (Bild C).
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Speicherladesystem
Ein Speicherladesystem unterscheidet sich vom Speichersystem in erster Linie durch die Anordnung des Wärmetauschers zur Warmwasserbereitung. Während beim Speichersystem in jedem Behälter ein Wärmetauscher integriert ist, besteht das Speicherladesystem aus mindestens einem Warmwasserspeicher ohne integrierten Wärmetauscher.
Das Speicherladesystem hat einen externen Wärmetauscher. Der Warmwasserspeicher ohne integrierten Wärmetauscher wird mit erwärmtem Trinkwasser (Warmwasser) über eine Schichtladepumpe von oben nach unten „beladen“, das heißt geschichtet. Deshalb wird auch von Schichtladespeicher bzw. Schichtladeprinzip gesprochen (Bild D).
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Wird bei der Zapfung so viel Warmwasser aus dem Speicher entnommen, dass die Regelung anspricht und die Schichtladepumpe einschaltet, unterscheidet man zwei Fälle:
Pufferspeicher
Pufferspeicher sind überwiegend als druckbehaftete Heizwasserspeicher ausgeführt. Grundsätzlich unterscheidet man Pufferspeicher, welche
Bei kleineren Anlagen werden überwiegend Pufferspeicher mit Volumen von 400 bis 1000 l eingebaut.
Um die Vorteile der Wärmespeicherung effizient zu nutzen, sollten Pufferspeicher eine gute Temperaturschichtung und geringe Bereitschaftswärmeverluste aufweisen. Auch die Geschwindigkeit des einströmenden Heizwasserstroms von den Heizkreisen sowie von den regenerativen Wärmeerzeugern spielt eine Rolle. Sie sollte konstruktiv auf ein Minimum reduziert sein, etwa durch Trennbleche, große Stutzen oder Ähnliches. Bei technisch optimierten Speichern gibt es zwar unterschiedliche Konzepte, alle haben jedoch ein Ziel: die ideale Schichtung im Pufferspeicher, um damit möglichst lange das höchste Temperaturniveau zu nutzen.
Wichtig: Die alleinige Betrachtung der gespeicherten Wärmemenge erlaubt keine Aussage über eine effiziente Nutzung dieser Energie. So hat z. B. ein 1000-l-Puffervolumen mit einer gleichmäßigen Heizwassertemperatur von 50 °C eine gespeicherte Wärmemenge von 11,6 kWh bei einer Auskühlung von 10 K. Allerdings ist die Wärmeenergie für Verbraucher, die eine höhere Temperatur benötigten, z. B. Sollwert 60 °C, nicht nutzbar. Wäre jedoch eine idealisierte Schichtung im Speicher vorhanden, bei der z. B. 500 l 60 °C und die übrigen 500 l 40 °C aufweisen, ließen sich diese Verbraucher über den Pufferspeicher versorgen.
Frischwasserstation
Systeme mit Frischwasserstationen bevorraten das warme Wasser nicht, sondern erwärmen das Trinkwasser über einen Wärmetauscher im Durchfluss. Die erforderliche Wärmemenge stellen Pufferspeicher bereit, die direkt über einen Wärmeerzeuger beheizt werden. Frischwasserstationen haben eine Pumpe, um die notwendige Wärmemenge zu fördern (Bild E).
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Trinkwasserhygiene beachten
Ein entscheidendes Kriterium bei der Planung der Trinkwassererwärmung ist die Hygiene. Die Vorgaben der Trinkwasserverordnung sind sehr streng, weshalb Warmwasserspeicher höchste Qualitätsansprüche erfüllen müssen.
Eine der Grundanforderungen lautet: Werkstoffe, die in Kontakt mit Trinkwasser stehen, dürfen dessen Geruch und Geschmack nicht nachhaltig verändern. Darüber hinaus dürfen die verwendeten Materialien keine Stoffe an das Trinkwasser abgeben, deren Menge größer ist als unter Einhaltung der allgemein anerkannten Regeln der Technik unvermeidlich.
Im Bereich der Warmwasserspeicher erfüllen Edelstahlspeicher und emaillierte Speicher diese Anforderungen. Emaille ist für die Oberflächenvergütung von Speichern geeignet, weil dieses Material Korrosion verhindern und gleichzeitig die erforderliche Wasserqualität gewährleisten kann.
Das Endprodukt besteht aus Metall und Glas, die im Verbund die jeweiligen typischen Eigenschaften kombinieren: die Festigkeit und Elastizität von Metall sowie die Härte und chemische Widerstandsfähigkeit von Glas (Bild F). Durch eine regelmäßige Anodenwartung ist der thermoglasierte Speicher vor Korrosion geschützt.
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Schutz vor Legionellen
Primäres Ziel der Trinkwasserverordnung ist der Schutz vor gesundheitsschädlichen chemischen Stoffen sowie vor gesundheitsgefährdenden mikrobiologischen Krankheitserregern, wie den Legionellen. Die Trinkwasserverordnung schreibt daher konkrete Vorsorge-, Schutz- und Überprüfungsmaßnahmen vor, die Eigentümer, Vermieter, Betreiber etc. erfüllen müssen. Ausgenommen von dieser Regelung sind Ein- und Zweifamilienhäuser.
Auch wenn in der gesamten Trinkwasserinstallation in einem Gebäude der Speicher hinsichtlich des Legionellenwachstums nur einen begrenzten Einfluss hat, können Anlagenbetreiber der Legionellenbildung auf unterschiedliche Weise vorbeugen. Vorgeschrieben ist z. B. eine Betriebsweise mit ständig mindestens 60 °C am Austritt des Trinkwassererwärmers.
Bei Warmwasserspeichern mindert die thermische Desinfektion das Risiko zusätzlich: Einmal oder mehrmals pro Woche heizt die Anlage das warme Wasser zum eingestellten Zeitpunkt auf 70 °C auf und tötet dadurch die Keime ab. Diese Funktion ist in modernen Systemregelungen integriert.
Eine weitere Möglichkeit, um Legionellen zu vermeiden bzw. zu reduzieren: den Speicher regelmäßig reinigen. Dadurch lassen sich Ablagerungen und Kalk entfernen, wodurch Mikroorganismen der Nährboden zum Wachstum entzogen wird. Dies gilt für thermoglasierte Speicher ebenso wie für Edelstahlspeicher.
Merkmale eines Warmwasserspeichers (Speichersystem)
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Merkmale von Systemen mit Frischwasserstationen
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