Boiler

Einfacher, brenngasbetriebener Warmwasserbereiter für Warmwasser um 60 °C. Konstruktion abgeleitet von einem Badeofen

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 (bis 100 °C) mit einem integrierten Wasserspeicher. Dabei können auch in kurzer Zeit gleichmäßig temperiert große Wassermengen bereitgestellt werden. Der Unterschied der hier beschriebenen Geräte zum Wärmespeicher und zum Durchlauferhitzer besteht darin, dass erstere die Wärme nicht selber erzeugen, letztere das Warmwasser nicht speichern.

Anwendung

Kleine, überwiegend elektrisch beheizte Warmwasserspeicher mit zumeist fünf Litern Inhalt werden vor allem für die Warmwasserversorgung von Waschbecken eingesetzt, wenn eine zentrale Warmwasserversorgung nicht vorhanden ist oder der Anschluss an die zentrale Warmwasserversorgung nicht lohnt. Sie werden bevorzugt in weit von der Zentralheizung entfernt liegenden, selten genutzten Räumen verwendet, vor allem, nachdem festgestellt wurde, dass weit verzweigte und selten genutzte Warmwasserleitungen sowohl energetisch ungünstig, als auch hygienisch problematisch (Legionellen) sein können. Diese Ausführung verliert jedoch vorwiegend aus Komfortgründen zunehmend an Bedeutung, da eine zentrale Wasserversorgung zumindest in privaten Haushalten inzwischen als Standard gilt.

Teilweise werden heute für Handwaschbecken stattdessen elektrische Klein-Durchlauferhitzer verwendet, die allerdings wegen der höheren Leistungsaufnahme im Altbau nicht immer ohne weiteres angeschlossen werden können.

In vermieteten Objekten entfallen 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.

Beheizung

Kleine Warmwasserspeicher werden meist elektrisch beheizt, früher auch mit Gas; größere Speicher meist ebenfalls mit Strom oder Gas, früher auch mit Festbrennstoffen (Badeofen). Neuere Modelle verfügen über einen Heizeinsatz für die zusätzliche Beheizung durch Sonnenenergie oder eine Wärmepumpe betrieben durch Hitzesteine.

Aufbau

Im elektrisch beheizten 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.

Das kalte Leitungswasser wird unten in das Gefäß eingeleitet; das heiße Wasser wird im oberen Bereich des Gefäßes entnommen. Das ist erforderlich, da sich das warme Wasser aufgrund seines geringeren spezifischen Gewichtes immer oben sammelt und dort entnommen werden kann. 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. Es gibt zwei grundlegend verschiedene Warmwasserspeicher-Bauarten:

Halboffenes/druckloses/Niederdruck-/Verdrängungssystem

Diese meist 5 bis 15 Liter fassenden Boiler arbeiten nach dem Prinzip des Badeofens: Öffnet man den Warmwasserhahn der Mischbatterie, so wird in den Bodenbereich des Warmwasserbehälters kaltes Wasser eingeleitet, sodass das im Behälter befindliche heiße Wasser nach oben aus dem Behälter (= drucklose Verdrängung) zum dauernd offenen Auslauf der Mischbatterie hinausgedrückt wird. 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). Sie werden als Oberbau- bzw. Unterbauwarmwasserbereiter bezeichnet. Es gibt sie auch in größeren Ausführungen zur Versorgung eines Badezimmers; dann sind sie als elektrisch beheizter Badeofen anzusehen. Der klassische Badeofen gehört ebenfalls hierher.

Drucklose Warmwasserbereiter sind relativ einfach aufgebaut und preiswert, da sie nicht dem Wasserdruck der Wasserleitung (bis ca. 10 bar) ausgesetzt sind.

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.

Calciumhydrogencarbonat → Wasser + Kohlendioxid + Calciumcarbonat

Ca(HCO₃)₂ (Kalk; gelöst) → H₂O + CO₂ (entweicht) + CaCO₃ (Kesselstein)

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.

Kochendwassergerät

Kochendwassergerät

Eine Sonderform stellt das Kochendwassergerät dar. Es ist nicht dafür gebaut, warmes Wasser zu speichern, sondern das Wasser wird erst kurz vor Gebrauch darin erhitzt. Daher ist es nicht oder kaum gegen Wärmeverluste isoliert und gilt nicht als Speicher. Anders als Speichergeräte ist es für den diskontinuierlichen Betrieb gebaut, da es erst gefüllt werden muss, während der Speicher stets ganz mit Wasser gefüllt bleibt.

Effizienz

Elektrisch betriebene Warmwasserspeicher nutzen bei der Erwärmung nahezu 100 % der elektrischen Leistung aus. Verluste entstehen durch den Wärmeübergang durch die thermische Isolierung. 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 unter 60°C reduzierte Betriebstemperatur zur Energieeinsparung bei geringem Wasserverbrauch meistens aus, da sich andernfalls Mikroorganismen und Bakterien (z.B. Legionellen) im Warmwasserspeicher sehr schnell vermehren können.

Die Warmwassererzeugung mittels Elektroenergie ist um ein Vielfaches teurer als bei anderen Verfahren (Fernwärme, Öl, Gas, Biomasse). Daher eignen sich elektrische Warmwasserbereiter nur auf Grund der geringeren Installationskosten und den räumlich begrenzten Wärmeverlusten bei gegenüber weit entfernten Warmwasserzapfstellen.

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, den Temperatursollwert zu reduzieren (sofern bakteriologisch unproblematisch) oder auch bei seltener, aber zeitlich bestimmbarer, wiederholender Nutzung durch eine Zeitschaltuhr zu schalten.

Weblinks

 Wiktionary: Boiler – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

 Commons: Boiler – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien