Gastherme

Elektrischer Durchlauferhitzer

Der Durchlauferhitzer (DEH) bzw. Warmwasser-Geyser, auch Therme oder (falls mit Gas betrieben) Gastherme genannt, ist ein fest installiertes Gerät zur Heißwasserbereitung. Im Gegensatz zum Warmwasserspeicher und Heißwasserbereiter (auch: Boiler oder Kochendwassergerät), die das Wasser vor dem Gebrauch erhitzen, nimmt der Durchlauferhitzer erst dann seine Tätigkeit auf, wenn das heiße Wasser benötigt wird. Durchlauferhitzer werden meistens für die dezentrale Warmwasserversorgung (z. B. im Badezimmer oder in der Küche) eingesetzt. Sie eignen sich nicht zur Bereitung von kochendem Wasser.

Die Funktionsweise

Prinzip eines brenngasbetriebenen Durchlaufwasserheizers

Öffnet man den Warmwasserhahn, so fällt der Druck in der Leitung hinter dem Durchlauferhitzer ab, und Wasser beginnt durch den Durchlauferhitzer zu fließen. Ein Differenzdruckschalter im Gerät erkennt den Wasserdurchfluss und öffnet das Hauptgasventil. Mittels eines Gaswärmeübertragers oder eines Heizelementes wird nun dem fließenden Wasser Wärmeenergie zugeführt. Nach einiger Zeit (wenige Sekunden bei elektrischen, einige 10 Sekunden bei gasbetriebenen Durchlauferhitzern) steht dem Nutzer eine unbegrenzte Menge warmen Wassers zur Verfügung, denn das Wasser wird während des Durchflusses erhitzt.

Wird die Wasserentnahme unterbrochen, z. B. durch Zudrehen des Warmwasserhahnes, muss die Energiezufuhr ebenfalls umgehend abgeschaltet werden. Auch dazu dient wieder der Differenzdruckschalter. Geschieht dies nicht umgehend, können die teilweise beträchtlichen zugeführten Energiemengen nicht mehr mit dem durchfließenden Wasser abgeführt werden, der Durchlauferhitzer würde sich überhitzen. In solch einem Störfall wird das Gerät durch einen Sicherheitstemperaturbegrenzer außer Betrieb gesetzt und muss durch eine qualifizierte Person wieder manuell in Betrieb genommen werden.

Elektrische Durchlauferhitzer

Beispiel eines in England gebräuchlichen elektrischen Dusch-Durchlauferhitzers

Für das schnelle Aufwärmen des Wassers ist eine große elektrische Leistung erforderlich. Für normale Einsatzzwecke sind Durchlauferhitzer mit 18, 21, 24, 27 und 33 Kilowatt (kW) Anschlusswert gebräuchlich.

Je höher die Heizleistung, desto mehr Wasser kann auf eine gewünschte Temperatur erwärmt werden. Faustformel für die Erwärmung von Trinkwasser auf Bade- bzw. Duschtemperatur, d.h. für eine Wassererwärmung um etwa 25°C:

Leistung (in kW) geteilt durch 2 ist ungefähr gleich der Literzahl pro Minute.

Außerdem gilt für einen 230Volt-Stromkreis:

Erwärmungsdauer [sek] = 18,2 * Temperaturerhöhung [grad] * Wassermenge[kg] / Stromstärke [Ampere].

Elektrischer Anschluss

Aufgrund der hohen Leistungsaufnahme sind Durchlauferhitzer fast ausschließlich zum Anschluss an das dreiphasige Drehstromnetz vorgesehen. Wegen der hohen elektrischen Ströme sind sie in vielen Altbauten nur nach Austausch der Wohnungs- oder Hausanschlussleitung am Stromnetz verwendbar. Die Missachtung des benötigten Querschnitts der Anschlussleitung kann katastrophale Folgen haben: durch Überlastung der Leitung kann ein Schwelbrand entstehen, der sich zum Hausbrand ausweitet. Auf keinen Fall dürfen einfach belastbarere Sicherungen eingebaut werden, denn dadurch würde die Sicherung ihre Schutzfunktion als schwächstes Glied im Stromkreis verlieren.

Je nach Gerätegröße ist eine Zuleitung (z. B. Kunststoffmantelleitung) von 4 × 4 mm² bis 4 × 25 mm² erforderlich, je nach Länge und Verlegeart auch noch mehr. Möglich sind auch Einzeladern in einem Installationsrohr: Außenleiter (L1, L2, L3), die mit drei Schmelzsicherungen von 25 bis 50 A oder drei Leitungsschutzschaltern B25 bis B50 A abgesichert wird. Der Anschluss des Schutzleiters (PE) ist zwingend erforderlich.

Durchlauferhitzer dürfen nur von geschultem Fachpersonal (z. B. Elektroniker der Energie- und Gebäudetechnik) angeschlossen werden. In einigen Gegenden muss eine Genehmigung des jeweiligen Energieversorgungsunternehmens eingeholt werden, bevor ein elektrischer Durchlauferhitzer installiert wird.

Hydraulisch gesteuerte Durchlauferhitzer

Bei Modellen mit hydraulischer Steuerung erfolgt die Erwärmung mit bis zu drei Heizleistungsstufen. Kleine Wassermengen können mit hydraulischen Durchlauferhitzern entweder erhitzt oder gar nicht erwärmt werden; zum Einschalten ist eine Mindestdurchflussmenge erforderlich.

Eine Temperaturabsenkung z. B. beim Duschen, ist durch Zumischen von kaltem Wasser nur in Grenzen möglich. Wird zu schnell zu viel Kaltwasser zugemischt, schaltet der Durchlauferhitzer komplett ab, da die Wassermenge für die konstant zugeführte elektrische Energie zu klein wäre und unerwünschtes Kochen eintreten würde.

Kleiner Durchlauferhitzer für Badewasser

Elektronisch gesteuerte Durchlauferhitzer

Stufenlos elektronisch geregelter Durchlauferhitzer mit 21 Kilowatt Maximalleistung.
TW=Abgang zu den Zapfstellen
TWW=Zuleitung mit Regelungsventil
L1/L2/L3/PE=Elektr. Anschluss
1) Heizpatrone
2) Druckschalter
3) Zentrale Befestigungsschraube
L2 der oberen Klemmverbindung (zweite von links) ist bereits angesengt und die zugehörige Aderisolierung angeschmolzen. Das Gerät ist nicht betriebssicher.

Bei den sogenannten elektronischen Durchlauferhitzern kann man die Wassertemperatur am Gerät vorwählen. Die Dazumischung von kaltem Wasser kann somit entfallen.

Vorteile sind erhöhter Komfort und ein etwas besserer Wirkungsgrad. Zudem ist eine Energieeinsparung von ca. 20 % gegenüber hydraulischen Durchlauferhitzern möglich, da auch kleine Wassermengen nur soweit wie nötig erwärmt werden. Die Erwärmung erfolgt weitgehend stufenlos.

Das Wasser wird meist durch ein sogenanntes Blankdrahtheizelement erhitzt, bei dem die Heizdrähte direkt vom Wasser umspült werden. Leitungswasser stellt gewöhnlich einen guten Isolator dar, so dass bis zu einem bestimmten, am Gerät ersichtlichen Leitwert keine nennenswerten Fehlerströme auftreten. Die Blankdrahtheizelemente haben gegenüber den früher verwendeten indirekt beheizten Rohrheizkörpern neben dem höheren Wirkungsgrad auch den Vorteil einer wesentlich kürzeren Reaktions- und damit Aufheizzeit. Nachteilig ist allerdings die höhere Anfälligkeit gegenüber Lufteinschlüssen, die zu einer partiellen Überhitzung der Heizdrähte führen können.

Mittlerweile gibt es auch elektronische Durchlauferhitzer, die für den Einsatz mit vorerhitzem Wasser z.B. aus einer thermischen Solaranlage geeignet sind.

Vollelektronische Durchlauferhitzer können die Auslauftemperatur sogar über die Leistungsgrenze hinaus konstant halten, indem sie per elektronisch geregeltem Motorventil die Durchflussmenge soweit reduzieren, dass die eingestellte Wunschtemperatur erreicht wird. Der weltweit erste vollelektronische Durchlauferhitzer wurde 1987 vom deutschen Unternehmen Stiebel Eltron entwickelte und patentiert.

Der Gasdurchlauferhitzer (GWH)

Sind am Installationsort eine Erdgasversorgung und ein Schornstein vorhanden, bietet sich ein gasbetriebener Durchlauferhitzer an. Hier wird, entweder durch eine ständig brennende Zündflamme oder einen selbsttätig zuschaltenden Piezozünder, ein Gasbrenner gezündet und betrieben. Das zu erwärmende Wasser wird in Röhren mit Lamellen durch die Flammen geleitet und dabei erhitzt (siehe auch Wärmeübertrager).

Die neueste Generation von Gas-Durchlauferhitzern kommt beim Zünden ohne Fremdenergie (elektrischer Strom) aus. Hier wird eine Batterie-oder Generatorzündung (unter Verwendung der Zündenergie aus dem fließenden Wasser) verwendet. Aktuelle Modelle ermöglichen auch den Anschluss an eine Solaranlage, dadurch kann vorgewärmtes Wasser bis 60 °C nachgewärmt werden.

Gasdurchlauferhitzer sind meist deutlich größer als ihre elektrischen Pendanten.

Wirkungsgrad

Hinsichtlich des (Geräte)-Wirkungsgrades ist der elektrische Durchlauferhitzer am effizientesten, da er die elektrische Energie zu ca. 98,6 % in Wassererwärmung umsetzt. Die restlichen 1,4 % sind Leitungsverluste in Form von Wärme und Abstrahlverluste des Gerätes.

Allerdings sind die Erzeugung des elektrischen Stroms und seine Verteilung bis zum Hausanschluss mit Verlusten von insgesamt bis zu 75 Prozent behaftet. Daraus ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad bezogen auf die Primärenergie (Kohle, Öl, Kernenergie) von nur etwa 25 %.

Gasdurchlauferhitzer weisen dagegen einen Gesamtwirkungsgrad von ca. 75 bis 85 % auf, was bedeutet, dass man von einer bezahlten Kilowattstunde nur ca. 15 bis 25 % verliert. Diese Verluste setzen sich aus Abwärme durch den Schornstein und Abstrahlungsverlusten des Gerätes zusammen.

Vergleicht man die für beide Verfahren einzusetzende Primärenergie, so wird demnach bei gleicher Warmwasserleistung mit dem elektrischen Durchlauferhitzer, falls der Strom aus Dampfkraftwerken kommt, dreimal soviel Primärenergie benötigt wie mit dem Gasgerät. Aus energetischer und ökologischer Sicht (Ressourceneinsparung) sollten deshalb bevorzugt Gasgeräte verwendet werden.

Wartungskosten

Die Heizkomponenten elektrischer Durchlauferhitzer bedürfen keiner, die der brenngasbetriebenen Geräte einer jährlichen Wartung und Reinigung der Brennräume. Zudem werden die Gasgeräte vom Schornsteinfeger regelmäßig überprüft.

Die Wasserseite muss in beiden Fällen einer Wartung unterzogen werden, da sich dort mit der Zeit Kesselstein ablagert, der fachgerecht mit speziellen Geräten entfernt werden sollte. Unterbleibt diese Entkalkung, verschlechtert sich der Wärmeübergang an das Wasser, weil Kesselstein einen höheren Wärmewiderstand als das umgebende Metall aufweist, was mit höherer Leistung und damit einem höheren Gas- bzw. Stromverbrauch kompensiert werden muss. Diese Isolierschicht kann auch die Ursache für Materialermüdung durch überhitzte Rohrleitungen sein, was sich schlechtestenfalls in einem Riß der Leitungen und damit einhergehendem Wasseraustritt in den umgebenden Raum auswirkt.

Elektrische Durchlauferhitzer mit Blankdraht-Heizelementen gelten als wartungsfrei und brauchen nicht entkalkt zu werden. Wegen der besonders massearmen Heizelemente (Draht) verbleibt nach dem Abschalten kaum Nachwärme, was den wesentlichen Grund für die Verringerung der Kesselstein-Ausscheidungen darstellt.

Verbrauchskosten

Üblicherweise werden elektrische Durchlauferhitzer mit Haushaltsstrom betrieben. Die Kosten dafür betrugen 2006 etwa 20 ct/kWh, die von Erdgas (oder auch Heizöl) etwa 6 ct/kWh. Wegen der stark gestiegenen Preise für Heizöl kostet 2008 eine kWh Heizöl eher 9 ct.

Bisher folgte der Preis für Erdgas spätestens nach 6 Monaten dem hochspekulativen Ölpreis, ebenso der Strompreis. Das Kostenverhältnis Öl bzw. Gas zu elektrischen Strom von 1:3 dürfte somit gewahrt bleiben.

Wenn der Gesamtwirkungsgrad miteinbezogen wird, schneidet bei den Verbrauchskosten der brenngasbetriebene Durchlauferhitzer noch günstiger ab.

Kleindurchlauferhitzer

Als Kleindurchlauferhitzer werden Geräte mit einer Leistung von (3,5 … 6,5) Kilowatt (kW) bezeichnet. Diese dienen zur Versorgung einzelner Zapfstellen.

Aufgrund der geringen elektrischen Leistung bekommt man auch nur eine geringe Warmwasserleistung: ein 3,5 kW-Gerät erreicht z.B. bei einer Durchflussmenge von 2 Liter pro Minute eine Temperaturerhöhung von 25 Kelvin (K). Daher eignen sich diese Geräte nur für Stellen, wo geringe Mengen warmen Wassers mit einer nicht so hohen Temperatur benötigt werden, z. B. im Gäste-WC. Dies wird durch Strahlformer mit engen Düsen am Auslauf der Armatur kaschiert. Sie sind jedoch eine Alternative zu klassischen 5-Liter-Kleinspeichern, da sie keine Bereitschaftsverluste aufweisen.

Bei Kleindurchlauferhitzern ist auf die notwendige elektrische Sicherung mit mind. 16 Ampere (bei 230 V) zu achten. Der Querschnitt der Leitung sollte min. 6mm² betragen.

Siehe auch

• Warmwasser
• Elektroinstallation
• Gasinstallation