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Energiespartipps Warmwasserbereitung


Vordergründig hat diese Seite nichts mit Homematic zu tun. Aber nur über meine Homematic-Installation habe ich meine Gasheizung so im Griff, dass ich bis zu den hier beschriebenen Feinheiten vordringen konnte. Eine wichtige Rolle spielte hier auch das ELV-Energiemonitorsystem EM 1000 – trotz all seiner Schwächen.

Die Vorgeschichte

Unsere Heitzungsanlage trug an den wesentlichen Komponenten keine Angaben zu den Herstellungsjahren – zumindest nicht im Klartext. Erst die Unterlagen des Bezirks-Kaminkehrers halfen uns weiter. Der Heizkessel war noch zu jung, als dass der Austausch sinnvoll gewesen wäre. Aber der getrennte Heizkessel für das Warmwasser war über 20 Jahre alt und wohl nie gewartet worden. Ich hatte vor allem Angst, dass er nur noch vom Kalk zusammengehalten wurde und wir in absehbarer Zeit eine Überschwemmung im Keller bekämen.

Diverse Heizungsbauer boten mir ausschließlich an, einen Warmwasserkessel mit Wärmetauscher zu installieren, der dann vom Heizkessel der Heizung geheizt wird. Also ließ ich mich darauf ein – es war schon schwer genug, überhaupt einen Heizungsbauer zur Abgabe eines sinnvollen Angebotes zu bewegen.

Diese Teillösung lag auch nahe, weil irgendwann in den nächsten 10 Jahren hoffentlich ein ernsthafter Fortschritt in der Heizungstechnik passiert. Einen völlig einwandfreien Niedertemperatur-Kessel durch einen Brennwertkessel zu ersetzen ist weder aus Kosten- noch aus Umweltschutzgründen sinnvoll. Schließlich verursachen Herstellung und Einbau eines Heizungskessels auch eine Menge Umweltverschmutzung.

Aktuell gibt es keine sinnvollen Alternativen. Beispielsweise kommt ein Nano-Blockheizkraftwerk bei unserem Wärmebedarf auf keine sinnvollen Betriebszeiten. Sein Motor muss aber mindestens einmal im Jahr gewartet werden. Allein wenn der spezialisierte Wartungstechniker dafür 100 km im Auto sitzt, bleibt der Umweltschutz schon wieder auf der Strecke. Wartungskosten und Kapitaldienst machen diese Lösung dann endgültig uninteressant. Das Geld können wir anderweitig besser zum Energiesparen einsetzen.

Vorher und hinterher

Aus heutiger Sicht muss ich sagen, dass ich auf der Trennung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung hätte bestehen müssen: Der alte Warmwasserkessel brauchte 40-100 l Erdgas am Tag. Jetzt strömen bei jedem Heizvorgang 600 l Erdgas durch den Brenner!

Meine erste Maßnahme war deshalb, die Zahl der Heizvorgänge zu minimieren. Über die normale Heizungssteuerung gebe ich werktags nur den Zeitraum 5:30 h bis 7:00 h dafür frei. Wenn wir morgens duschen, darf der Kessel noch einmal anspringen. Aber sonst sollten die 180 l für den Tag rechen.

Betriebserfahrungen

Leider stellte sich heraus, dass das Warmwasser sich wesentlich stärker abkühlte, als ich das erwartet hatte. Dafür fand ich zwei Ursachen:

  • Die ganz normale Konvektion lässt das Wasser im Warmwasserkreislauf fließen. Durch das Abschalten der Umwälzpumpe spare ich vielleicht 50 EUR/a Strom und etwas Gas, weil speziell die Rücklaufrohre bedeutend kühler sind als mit aktiver Umwälzpumpe. Aber ganz kriege ich diese Verluste nicht in den Griff.
  • Während der Heizperiode saugt die Umwälzpumpe des Heizkreislaufes Wasser durch den Wärmetauscher des Warmwasserkessels. Das fiel mir auf, weil zeitweilig die Rücklauftemperatur im Heizkreis des Warmwasserkessels höher war als die zugehörige Vorlauftemperatur.

Der Kreislauf im Warmwassersystem wird durch die Wärmeverluste der Rohrleitungen angetrieben: Wasser dehnt sich beim Erwärmen aus, warmes Wasser ist also leichter als kaltes. Das warme Wasser steigt aus dem Keller in die Wohnräume auf, kühlt sich ab und wird schwerer. Dann sinkt es wieder in den Keller.

Diesen Effekt hatte ich schon vor dem Umbau bemerkt und deshalb eine Umwälzpumpe mit Rückschlagventil bestellt. Die Idee: Das Rückschlagventil (in der Zeichnung mit rotem Hintergrund) enthält eine Klappe, die vom Wasserdruck aufgestoßen werden muss. Ohne den nötigen Druck kann so kein Wasser fließen. Leider erwies sich das Rückschlagventil in der Umwälzpumpe als zu gut: Schon die Konvektionsströmung erzeugt offensichtlich genug Druck, um die Klappe aufzustoßen und das Wasser fließen zu lassen.

Heizung mit Rückschlagklappen

Das Zurückfließen des Wassers im Heizkreislauf des Warmwasserkessels ist nicht ganz so leicht zu verstehen:

  • Die Umwälzpumpe des Warmwasserkreislaufs (in der Zeichnung dunkelblau) saugt das Wasser aus dem warmen Ende des Heizkessels und drückt es in den Warmwasserkessel. Von der Umwälzpumpe aus gesehen sind also Heizkessel und Heizkreislauf parallel geschaltet. Sie saugt also auch Wasser aus dem Vorlauf des Heizkreislaufs. Siehe die blauen Pfeile in der Zeichnung.
  • Die Umwälzpumpe des Heizkreislaufs saugt das Wasser aus dem warmen Ende des Heizkessels und drückt es durch die Heizkörper. Von der Umwälzpumpe aus gesehen sind also Heizkessel und Wärmetauscher des Warmwasserkessels parallel geschaltet. Sie saugt also auch Wasser aus dem Vorlauf des Wärmetauschers.

Ergebnis: Der Warmwasserkessel liefert Wärme an den Heizkreislauf und kühlt sich dadurch ab. Das ist ausgesprochen ungeschickt, weil die Rücklauftemperatur im Heizkreislauf mit typisch 30°C deutlich niedriger ist als die gewünschte Warmwassertemperatur von 50-70°C.

Die Wassererwärmung mit dem normalen Heizkessel so sowieso sehr ineffizient: Man schaltet zwei Wärmetauscher (Heizkessel und Warmwasserkessel) hintereinander und muss auch das Wasser im Zwischenkreislauf aufheizen. Gleichzeitig kann man die im Zwischenkreislauf gespeicherte Wärme nicht nutzen; sie heizt nur Heizungsraum und Kamin auf.

Im Winter sind die Verluste noch vergleichsweise vernachlässigbar: Meine Heizungssteuerung schaltet nach der Warmwassererwärmung wieder den Heizkreislauf an und schiebt die Restwäreme so in die Heizung. Aber außerhalb der Heizperiode ist diese Energie verloren.

Folgerungen

Obige Überlegungen führen zu folgenden Folgerungen:

  • Wann irgend sinnvoll möglich sollte man Heizung und Warmwasserbereitung komplett trennen, also mit zwei getrennten Brennern verwirklichen.
  • Alle Umwälzpumpen müssen Rückschlagventile enthalten bzw. es müssen getrennte Rückschlagventile eingebaut werden.
  • Die Umwälzpumpe des Warmwasserkreislaufs durch das Haus sollte gezielt ein- und ausgeschaltet werden.
  • Speziell bei abgelegenen, kleinen Warmwasserverbrauchern sollte man über einen elektrisch betriebenen Warmwasserspeicher nachdenken.

Zum Ein- und Ausschalten der Warmwasserkreislauf-Pumpe nutze ich mein Homematic-System: An entsprechenden Stellen sind Taster angebracht, mit denen man die Umwälzpumpe für 3 min einschalten kann. Häufig genug hat man sowieso genug Zeit, z.B. am WC oder beim Duschen. Bis man das warme Wasser braucht, ist es auch beim Wasserhahn angekommen.

Mancher wird entsetzt sein, dass ich warmes Wasser mit Hilfe von Strom erzeugen will. Natürlich ist 1 kWh in Form von Strom dreimal so teuer wie 1 kWh in Form von Erdgas. Aber wenn man bestenfalls 10% des erzeugten warmen Wassers nutzen kann und mit 90% nur die Rohre und Wände anwärmt, ist der elektrische Warmwasserspeicher bedeutend komfortabler und umweltfreundlicher.

Man kann die Lösung noch weiter optimieren: Wer im Garten einen Geräteschuppen hat, kann dort einen Bewegungsmelder installieren und damit den Warmwasserspeicher einschalten. Wenn man sich Gerätschaften aus diesem Raum holt und gartelt, hat man anschließend auch warmes Wasser.

Verwirklicht man das mit Systemkomponenten wie denen von Homematic, dann kann man das Signal des Bewegungsmelders auch noch anderweitig nutzen: Wenn die Terrassentür verschlossen ist und es rührt sich was im Geräteschuppen, kann man einen Alarm auslösen. Die Grenze setzen nur Phantasie und Geldbeutel.

Noch ein Wort zur Solarthermie: Nur wer täglich Wannenbäder nimmt oder aus anderen Gründen einen sehr hohen Warmwasserbedarf hat, sollte dann überhaupt über Solarthermie nachdenken. Eine getrennte Warmwasserbereitung braucht wohl selten mehr als 100 l/Tag Gas, macht vielleicht 30 m3/a Gas aus. Und wenn man sich für Solarthermie entscheidet, dann gehört der Wasserspeicher in den Spitzboden, trotz aller damit verbundenen statischen Probleme: Wer den Warmwasserspeicher im Keller und die Sonnenkollektoren auf dem Dach hat, muss den Wärmekreislauf dazwischen gegen die oben beschriebene Konvektion betreiben. Sehr schnell überschreitet man dann die Schwelle, dass diese Umwälzpumpe mehr Energie braucht, als man mit der Solarthermie-Anlage einspart. Befindet sich der Warmwasserspeicher dagegen höher als die angeschlossenen Kollektoren, fließt das Wärmemedium mehr oder weniger von selber. Der Kreislauf regelt sich dabei sogar selber.

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Alexander von Obert * http://www.techwriter.de/beispiel/energie0.htm
Letzte Änderung: 01.12.13 (Erstfassung)


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