- Warmwasserboiler
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Dieser Artikel beschreibt fest installierte Haushaltsgeräte mit integriertem Speicher zur Erzeugung von warmem / heissem Brauchwasser. Für die im Englischen als boiler bezeichneten Geräte siehe Dampfkessel; für vergleichbare speicherlose Geräte siehe Durchlauferhitzer; für reine Warm- oder Heisswasserspeicher ohne integrierten Erhitzer siehe Warmwasserspeicher. - Calciumhydrogencarbonat → Wasser + Kohlendioxid + Calciumcarbonat
- Ca(HCO3)2 (Kalk; gelöst) → H2O + CO2 (entweicht) + CaCO3 (Kesselstein)
Ein Boiler, Speichererhitzer, Heisswasser(auf)bereiter, Warmwasser(auf)bereiter, Warmwasserspeicher, Heisswasserspeicher, etc., oft auch nur kurz Speicher (Hängespeicher, Kleinspeicher, Unter-Tisch-Speicher, etc.) bezeichnet im Haushalt ein fest installiertes Gerät zur Erzeugung von warmem / heissem Wasser (unter 100° C) mit einem integrierten Wasserspeicher.
Im Gegensatz dazu arbeitet ein Durchlauferhitzer (auch Therme oder Geyser) ohne integrierten Wasserspeicher.
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Begriffskritik
Der Begriff Boiler ist fehlerhaft aus dem Englischen entlehnt, wo er einen Dampfkessel (also einen Kessel für Wassertemperaturen ab 100° C) bezeichnet (to boil „kochen, sieden“), während ein Speichererhitzer grundsätzlich unterhalb der Wassersiedetemperatur arbeitet. Im Englischen wird ein Speichererhitzer denn auch nicht als boiler sondern als water heater bezeichnet.
Begriffe wie Speicher, Warmwasserspeicher, Heisswasserspeicher, Hängespeicher, Kleinspeicher, Unter-Tisch-Speicher, etc., verschleiern dass derartige Geräte das Wasser nicht nur speichern sondern auch selbst erwärmen, im Gegensatz etwa zu Wärmespeichern, wie etwa Pufferspeichern in der Heiztechnik.
Die vergleichsweise treffende Bezeichnung Speichererhitzer ist dagegen bei Herstellern und im Handel kaum gebräuchlich.
Anwendung
Kleine, überwiegend elektrisch beheizte Warmwasserspeicher mit zumeist 5 Liter Inhalt werden in Küchen und Bädern von Privatwohnungen eingesetzt. Diese verlieren jedoch vorwiegend aus Komfortgründen in diesem Bereich durch die zentrale Warmwasser-Thermen als auch zentrale, großvolumige Warmwasserspeicher zunehmend an Bedeutung.
Elektrisch beheizte Warmwasserspeicher werden häufig z. B. in weit von der Zentralheizung entfernt liegenden, selten genutzten Räumen verwendet, vor allem, nachdem festgestellt wurde, dass weit verzweigte und selten genutzte Leitungen sowohl energetisch ungünstig als auch hygienisch eine Krankheitsursache (Legionellen) sein können.
In vermieteten Objekten entfällt bei Einsatz von elektrisch beheizten Warmwasserspeichern sowohl die zunächst höheren Investitionskosten als auch die aufwendige Kostenverteilung nach Verbrauch, zu Lasten von höheren Betriebskosten, die allerdings der Mieter allein tragen muss.
Vom Durchlauferhitzer unterscheidet sich der Warmwasserspeicher dadurch, dass das Wasser nicht erst während der Entnahme erhitzt wird, sondern das erwärmte Wasser in einem Speicherbehälter vorgehalten wird. Dabei können auch in kurzer Zeit gleichmäßig temperiert große Wassermengen bereitgestellt werden.
Beheizung
Heutige Warmwasserspeicher basieren auf Badeöfen und werden hauptsächlich mit elektrischem Strom oder Erdgas/Flüssiggas betrieben. In der Vergangenheit waren auch mit Kohle oder Scheitholz beheizte Ausführungen üblich. Verfügbar sind letztere allerdings noch immer. Neuere Modelle verfügen über einen Heizeinsatz für die zusätzliche Beheizung durch Sonnenenergie oder eine Wärmepumpe.
Aufbau
Im Warmwasserspeicher befindet sich ein elektrisches Heizelement. Es besteht aus einem Heizleiter (Widerstandsdraht) in einem schützenden, korrosionsbeständigen Metallrohr. Neben dem Heizelement befindet sich das Fühlrohr eines temperaturgesteuerten Schalters zur Temperaturregelung. Dessen Sollwert kann mit einem Drehknopf verstellt werden. Der Schalter ist meist ein elektromechanisches System, bei dem die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten verschiedener Materialien (z. B. Glasstab in einem Metallrohr) zusammen mit einem Sprungschalter ausgenutzt werden.
Temperatursensor und Heizelement befinden sich in einem Gefäß aus Kupfer, Kunststoff oder – bei Druckboilern – aus Edelstahlblech oder aus verzinkten Stahlblech mit einer innenseitigen Thermoglasur, dem Email. Letztere sind zum Korrosionsschutz mit einer Opferanode aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung ausgestattet.
Je nach Ausführung erfolgt die Zu- und Ableitung durch Stutzen am unteren und oberen Gefäß oder es ragen von oben zwei unterschiedlich lange Rohre als Zu- und Ablauf in das Gefäß. Das ist erforderlich, da sich das warme Wasser aufgrund seines geringeren spezifischen Gewichtes immer oben sammelt und dort entnommen werden muss. Die Rohre sind außen farblich (blau für den Zulauf und rot für den Ablauf) oder mit Pfeilen entsprechend gekennzeichnet.
Moderne Warmwasserspeicher verfügen fast immer über eine Wärmedämmung. Der Unterschied zum mit Wasser arbeitenden Wärmespeicher und zum Durchlauferhitzer besteht darin, dass erstere die Wärme nicht selber erzeugen, letztere das Warmwasser nicht speichern.
Es gibt drei grundlegend verschiedene Warmwasserspeicher-Bauarten:
Mit Handventil
Diese Variante ist die einfachste und ähnelt in ihrer Handhabung und Aufbau einem festinstallierten Wasserkocher. Benötigt man heißes Wasser, so wird zuerst ein Zulauf geöffnet, über den dann die gewünschte Menge kaltes Leitungswasser in einen Behälter fließt. Danach wird grob (eine exakte Temperaturskala fehlt) die gewünschte Temperatur gewählt und der Boiler eingeschaltet. Nach mehreren Minuten hat das Wasser ungefähr die gewünschte Temperatur erreicht. Durch Öffnen des Heißwasserventils fließt das heiße Wasser aus dem Gerät und kann gegebenenfalls mit Kaltwasser gemischt werden. Boiler dieser Bauart weisen ein Fassungsvermögen von 5 l auf.
Halboffenes / druckloses / Niederdruck- / Verdrängungssystem
Diese meist 5 bis 15 Liter fassenden Boiler sind mit einem Ventil (= Warmwasserhahn der Mischbatterie) ausgestattet, das Kaltwasser in den Warmwasserbereiter leitet, wenn heißes Wasser benötigt wird. Das heiße Wasser fließt dann frei (= drucklose Verdrängung) aus dem Warmwasserbereiter zum dauernd offenen Auslauf der Mischbatterie. Solche Mischbatterien haben daher drei Anschlussrohre. Sie sind zum Betrieb eines solchen drucklosen Warmwasserbereiters zwingend erforderlich.
Es gibt diese drucklosen Warmwasserbereiter für Montage oberhalb oder unterhalb der Entnahmestelle (Mischbatterie). Die Lage der Zu- und Ablaufrohre und auch des Heizelementes innerhalb des Boilers sind jeweils unterschiedlich. Sie werden als Oberbau- bzw. Unterbauwarmwasserbereiter bezeichnet.
Drucklose Warmwasserbereiter sind relativ einfach aufgebaut und preiswert, da sie nicht dem Wasserdruck der Wasserleitung (bis ca. 10 bar) ausgesetzt sind. Sie finden sich oft in der Küche oder an Handwaschbecken, wenn keine zentrale Warmwasserversorgung vorhanden oder diese sehr weit entfernt ist und Warmwasser-Entnahmemengen von 5 bis 15 Liter selten überschritten werden.
Da sich Wasser beim Erhitzen ausdehnt, darf die Verbindung zwischen Auslauf und Warmwasserbereiter nicht abgesperrt werden. Heizt der Warmwasserbereiter das Wasser auf Zieltemperatur auf, so dehnt sich dieses aus. Dadurch treten kleine Wassermengen über den – wie oben erwähnt dauernd offenen – Auslauf der Mischbatterie aus. Das Tropfen der Wasserhähne an Boilern ist systemimmanent – es stellt keinen Defekt dar und kann nicht durch festeres Zudrehen verhindert werden.
Spezialbauarten, die das Ausdehnungswasser in einem Ausdehnungsgefäß des Warmwasserbereiter aufnehmen, verhindern störendes Tropfen und die oft damit verbundenen Rost- und Kalkflecken im Spülbecken, die durch eine Fällungsreaktion des Luftsauerstoffs mit dem im Warmwasser gelösten Eisen und Mangan entstehen.
Kalkablagerungen entstehen hauptsächlich bei kohlensäurehaltigen Wässern.
In drucklosen Warmwasserbereitern sammelt sich das Kohlendioxid im oberen Behälter und erklärt das Entweichen von Gas bei Warmwasserentnahme nach längerer Nichtbenutzung.
Geschlossenes System
Ein Warmwasserspeicher mit geschlossenem System, ein druckfester Verdrängungsboiler, hat starke Wände und hält dem Leitungsdruck von bis zu 10 bar problemlos stand. Im ungünstigsten Fall steht er ständig unter diesem Druck. Um zu verhindern, dass heißes Wasser in die Versorgungsleitung zurückströmt, müssen diese Boiler mit einem Rückschlagventil installiert werden. Zum Schutz vor Überdruck durch die Erwärmung und als Auslauf für das sich bei der Erwärmung ausdehnende Wasser muss daher vor dem regulären Auslauf (Warmwasserhahn) ein Überdruckventil angebracht sein, das bei Aufheizung stetig tropft und direkt in das Abwasser münden muss. Das klassische Fassungsvermögen dieser Bauart liegt bei 30 bis 120 Liter. Ein druckfester Verdrängungs-Warmwasserspeicher ist teurer als ein druckloser 5-Liter-Verdrängungs-Warmwasserspeicher. Anwendung findet er z. B. im Bad nach preiswerten Altbau-Sanierungen als zentrale Wohnungs-Warmwasserquelle.
Kochendwasserautomat
Eine Sonderform des Speichererhitzers stellt ein Kochendwasserautomat (auch Kochendwassergerät) wie der Siemens BK 1010D dar. Derartige Geräte können einige Liter Wasser auf Kochtemperatur bringen und halten, und sind primär für Küchen gedacht; ihr Einsatz ist nur sinnvoll, wenn permanent entsprechend heisses Wasser benötigt wird. Wahlweise kann die Wassertemperatur auch von 100° C bis auf 35° C heruntergeregelt werden. Das Gehäuse ist doppelwandig, um den Benutzer vor Verbrennungen zu schützen, allerdings nicht oder kaum isoliert. Die Geräte sind mit einer Entkalkungsvorrichtung (Schublade zum Einfüllen von Entkalkungsmittel) ausgestattet.
Effizienz
Elektrisch betriebene Warmwasserspeicher nutzen bei der Erwärmung nahezu 100 % der elektrischen Leistung aus. Verluste entstehen durch den Wärmeübergang durch die thermische Isolierung und durch abgehendes Tropfwasser aufgrund dessen thermischer Ausdehnung. Außerdem muss bei der Beurteilung der Effizienz von strombetriebenen Warmwasserboilern berücksichtigt werden, dass die Stromproduktion je nach Kraftwerkstyp einen unterschiedlichen Wirkungsgrad aufweist, in Deutschland liegt dieser bei etwa 30 %. Selbst bei einem höheren Wirkungsgrad ist kritisch zu hinterfragen, den aufwendig produzierten und verteilten elektrischen Strom in das Vorhalten von warmem Wasser über lange Zeiträume zu verwenden. Aus hygienischen Gründen scheidet eine reduzierte Betriebstemperatur zur Energieeinsparung bei geringem Wasserverbrauch aus, da sich andernfalls Mikroorganismen und Bakterien im Warmwasserspeicher sehr schnell vermehren können.
Die Warmwassererzeugung mittels Elektroenergie ist um ein Vielfaches teurer als bei anderen Verfahren (Fernwärme, Öl, Gas). Daher eignen sich elektrische Warmwasserbereiter nur auf Grund der geringeren Installationskosten und den räumlich begrenzten Wärmeverlusten bei gegenüber weit entfernten Warmwasserzapfstellen wirtschaftlich.
Bei seltener Benutzung, aber dauernder Bereitschaft, sind die Wärmeverluste erheblich; sie betragen je nach Qualität, Temperatur und Baugröße ca. (10…50) Watt und entsprechen der zum Aufrechterhalten der Temperatur erforderlichen mittleren elektrischen Leistung. Die Stromkosten bei Dauerbetrieb liegen somit zwischen typischen Standby-Leistungen anderer Verbraucher und denjenigen eines Kühlgerätes. Es ist durchaus lohnend, selten genutzte Warmwasserspeicher bei Nichtbenutzung (Feierabend, Urlaub etc.) abzuschalten, deren Temperatursollwert herunterzudrehen oder auch bei seltener, aber zeitlich bestimmbarer, wiederholender Nutzung durch eine Zeitschaltuhr zu schalten.
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