Zentrale und dezentrale Warmwasserbereitung im Vergleich
Vor dem Hintergrund der Wärmewende spielt die Art der Trinkwassererwärmung eine entscheidende Rolle in Hinsicht Energieeffizienz, Trinkwasserhygiene und Wirtschaftlichkeit.
Ein wesentlicher Faktor dabei ist die Wahl des Energieträgers: Während die Warmwasserbereitung mit fossilen Brennstoffen wie Gas und Öl zunehmend kostenintensiver wird, bieten Heizanlagen mit erneuerbaren Energien in Kombination mit modernen Technologien zur Trinkwassererwärmung eine nachhaltige und wirtschaftliche Alternative.
Weiterhin wächst mit zunehmender energetischer Sanierung von Bestandsgebäuden sowie bei modernen Neubauten der Energiebedarf für die Trinkwassererwärmung am Gesamtwärmebedarf eines Gebäudes.
Ob zentrale oder dezentrale Warmwasserbereitung: Eine Entscheidung, die sowohl bei Neubauprojekten als auch bei der Modernisierung bestehender Gebäude individuell zu betrachten ist, da beide Systeme spezifische Vorteile und Herausforderungen hinsichtlich Komfort, Energieverbrauch, Installation und Betriebskosten bieten.
Inhalt:
Die Planung einer Warmwasseranlage
Die zentrale Warmwasserbereitung
Verschiedene Wärmeerzeuger bei der zentralen Trinkwassererwärmung möglich
Zentrale Trinkwassererwärmung mit Wärmepumpen
Separate Trinkwasserwärmepumpe
Die dezentrale Warmwasserbereitung
Dezentrale Warmwasserbereitung mit Durchlauferhitzer
Dezentrale Warmwasserversorgung mit Wärmepumpe und Durchlauferhitzer
Fazit: Optimierung von Energieeffizienz und Nachhaltigkeit bei der Warmwasserbereitung
Die Planung einer Warmwasseranlage
Die Planung erfordert daher umfassendes Wissen über technische Zusammenhänge, bestehende Richtlinien sowie den individuellen Anforderungen eines Haushaltes. Das Ziel dabei sollte es sein, eine komfortable, hygienische, energieeffiziente und nachhaltige Warmwasserversorgung sicherzustellen. Welche Systemlösung dabei optimal geeignet ist, richtet sich nach den spezifischen Gegebenheiten vor Ort.
Wenn beispielsweise ein Gebäude mit einer Wärmepumpe beheizt wird, stellt die Trinkwassererwärmung aufgrund der erforderlichen hohen Temperaturen eine besondere Herausforderung im Hinblick auf den Legionellenschutz dar. Einerseits müssen ausreichend hohe Wassertemperaturen gewährleistet und die Verweildauer des erwärmten Wassers im System minimiert werden. Andererseits wirken sich diese hohen Temperaturen negativ auf die Effizienz von Wärmepumpen aus.
Die zentrale Warmwasserbereitung
Bei der zentrale Warmwasserbereitung wird das Wasser an einer zentralen Stelle, meist im Aufstellraum der Heizung in einem Speicher erwärmt. Das erwärmte Wasser wird über ein gemeinsames Leitungsnetz an die einzelnen Zapfstellen verteilt. Charakteristisch für dieses System ist, dass alle angeschlossenen Entnahmestellen immer aus dem gleichen Speicher mit derselben Temperatur versorgt werden. Speicher und Warmwasser werden über den zentralen Wärmerzeuger erwärmt. Eine Zirkulationspumpe fördert das Warmwasser über die Zirkulations- oder Kurzschlussleitung an den Entnahmestellen vorbei und wieder zurück zum Speicher. So wird sichergestellt, dass gleichmäßig temperiertes Warmwasser an jeder Entnahmestelle zur Verfügung steht.
Verschiedene Wärmeerzeuger bei der zentralen Trinkwassererwärmung möglich
Ob Gasbrennwertkessel, Wärmepumpen oder Solaranlagen: Die zentrale Warmwasserbereitung ist weit verbreitet und bietet einen hohen Komfort, da warmes Wasser jederzeit verfügbar ist. Allerdings entstehen vor allem in Mehrfamilienhäusern durch lange Leitungswege und hohe Speichertemperaturen erhebliche Energieverluste: Bis zu 40 Prozent der eingesetzten Energie können bei der zentralen Trinkwassererwärmung in großen Gebäuden verlorengehen.
Zudem darf das Wasser aus hygienischen Gründen – um einer Vermehrung von Legionellen vorzubeugen – eine Temperatur von 60 °C in Warmwasserspeichern und eine Temperatur von 55 °C an den Entnahmestellen nicht unterschreiten (gemäß Trinkwasserverordnung – TrinkwV).
Anders stellt sich die Situation im Einfamilienhaus dar: Hier ist die zentrale Warmwasserversorgung aufgrund kürzerer Leitungswege und dem regelmäßigen Wasseraustausch nach wie vor eine wirtschaftliche und praxisorientierte Lösung.
Zentrale Trinkwassererwärmung mit Wärmepumpen
Die Nutzung einer vorhandenen Heizungswärmepumpe für die Trinkwassererwärmung stellt eine Möglichkeit dar, beide Funktionen – Heizen und Warmwasserbereitung – in einem System zu vereinen. Dabei existieren verschiedene Konzepte, die je nach Gebäudetyp, Nutzungsverhalten und Anforderungen an die Warmwassertemperatur zum Einsatz kommen können:
Wärmepumpe mit separatem Trinkwarmwasserspeicher
Ein häufig eingesetztes Konzept ist die Kombination einer Wärmepumpe mit einem separaten Trinkwarmwasserspeicher. Hierbei erwärmt die Wärmepumpe das Trinkwasser im Speicher auf ein bestimmtes Temperaturniveau. Da Wärmepumpen in der Regel effizient im niedrigeren Temperaturbereich arbeiten, werden verschiedene Lösungen für die Erreichung der hygienisch notwendigen höheren Temperaturen (60 °C) eingesetzt.
Wichtig dabei ist: es muss ein Wärmepumpenspeicher zum Einsatz kommen. Wärmetauscher von Speichern für Verbrennertechnik sind für Wärmepumpen in der Regel zu klein – Betriebsstörungen an der Wärmepumpe können die Folge sein. Um das auszuschließen, empfiehlt es sich einen Speicher des Wärmepumpenherstellers zu verwenden.
Zudem muss die Wärmeleistung für die Trinkwassererwärmung bei der Dimensionierung der Wärmepumpe sorgfältig berücksichtigt werden. Eine zu klein dimensionierte Wärmepumpe kann die Aufheizzeit des Speichers verlängern, was vom Eigentümer als Komforteinbuße empfunden werden könnte und daher vermieden werden sollte.
Wärmepumpe mit Heizstab oder zweitem Wärmeerzeuger
Viele Wärmepumpen werden standardmäßig auch mit einem elektrischen Heizstab ausgerüstet oder durch einen zweiten Wärmeerzeuger wie beispielsweise einen Gasbrennwertkessel unterstützt. Die Idee hinter solchen Konzepten ist, dass die Wärmepumpe das Wasser zunächst energieeffizient auf ein mittleres Temperaturniveau, beispielsweise 45 – 50 °C erwärmt. Anschließend übernimmt der elektrische Heizstab oder zweite Wärmeerzeuger die weitere Erwärmung auf die gewünschte Endtemperatur von 60 °C oder mehr.
Der Vorteil dieser Lösung ist, dass höhere Wassertemperaturen zuverlässig erreicht werden können. Nachteilig ist jedoch der höhere Energieverbrauch an zusätzlichem Strom oder Brennstoff im Vergleich zum reinen Wärmepumpenbetrieb.
Frischwasser- und Wohnungsstationen
Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz von Frischwasser- oder Wohnungsstationen. Hier wird ein Pufferspeicher von der Wärmepumpe auf einem mittleren Temperaturniveau gehalten. Die eigentliche Trinkwassererwärmung erfolgt dann bedarfsgerecht im Durchflussprinzip über einen Wärmetauscher in der Frischwasserstation. Da das Trinkwasser nicht gespeichert, sondern nur bei Bedarf erwärmt wird, sind die Anforderungen an den Legionellenschutz geringer.
Separate Trinkwasserwärmepumpe
Die Trinkwasser-, Warmwasser- oder Brauchwasserwärmepumpe stellt eine weitere zentrale Lösung für die Trinkwassererwärmung dar. Hier wird die in der Umgebungsluft vorhandene Wärmeenergie genutzt, um Trinkwasser effizient zu erwärmen.
Das Wasser wird an einer zentralen Stelle erwärmt und in einem integrierten Warmwasserspeicher mit einem typischen Fassungsvermögen von 200 bis 300 Litern gespeichert. Von diesem zentralen Speicher aus wird das erwärmte Wasser zu den verschiedenen Entnahmestellen im Haus geleitet.
Für den Betrieb benötigt die Brauchwasser-Wärmepumpe lediglich Strom für den Kompressor und die Pumpen. Sie kann Wassertemperaturen von bis zu 65 °C erreichen, was für die Abtötung von Legionellen ausreichend ist und somit eine hygienisch einwandfreie Warmwasserversorgung gewährleisten.
Ein weiterer Vorteil von Warmwasserwärmepumpen liegt in ihrer Fähigkeit, die Raumluft zu entfeuchten und zu kühlen. Besonders wirtschaftlich gestaltet sich der Betrieb, wenn die Brauchwasser-Wärmepumpe in Räumen installiert wird, in denen ohnehin Abwärme vorhanden ist, wie beispielsweise im Heizungskeller oder im Hauswirtschaftsraum. Eine zusätzliche Optimierungsmöglichkeit bietet die Kombination mit einer Photovoltaikanlage.
Die Vielseitigkeit der Brauchwasser-Wärmepumpe zeigt sich auch darin, dass sie sich sowohl für Neubauten als auch für die Nachrüstung in bestehenden Gebäuden eignet und problemlos mit verschiedenen Heizsystemen kombiniert werden kann
Die dezentrale Warmwasserbereitung
Bei dieser Art der Warmwasserbereitung wird das Trinkwasser direkt an der Entnahmestelle erwärmt, zum Beispiel mithilfe von Durchlauferhitzern oder Kleinspeichern. Sie sind besonders geeignet, wenn lange Rohrleitungen vermieden werden sollen und Warmwasser sofort verfügbar sein muss. Ein weiterer Vorteil dezentraler Systeme ist die bedarfsgerechte Erwärmung ohne unnötige Bevorratung großer Wassermengen. Dadurch sinken sowohl der Energieverbrauch als auch die Betriebskosten.
Dezentrale Warmwasserbereitung mit Durchlauferhitzer
Sowohl elektrische als auch gasbetriebene Durchlauferhitzer verfügen über eine Regelung, die die Temperatur auch bei leicht schwankenden Wassermengen konstant hält.
Wenn jedoch gleichzeitig an mehreren Stellen Warmwasser entnommen wird, ist der Durchfluss oft so hoch, dass die Heizleistung vieler Durchlauferhitzer nicht ausreicht, um das gesamte Wasser auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Die Folge: Das Wasser wird nicht mehr so warm wie gewünscht, was besonders beim Duschen unangenehm sein kann.
Manche Durchlauferhitzer können den Wasserdurchfluss automatisch drosseln, um eine konstante Ausgangstemperatur zu gewährleisten. Diese Lösung funktioniert jedoch nur dann zuverlässig, wenn an der Zapfstelle kein kaltes Wasser beigemischt wird.
Dezentrale Warmwasserversorgung mit Wärmepumpe und Durchlauferhitzer
Dieses Energiekonzept kombiniert die Stärken verschiedener Technologien: Die Wärmepumpe übernimmt dabei die Beheizung der Räume, während dezentrale Durchlauferhitzer direkt an den Entnahmestellen für warmes Wasser sorgen.
Beide Systeme – Wärmepumpe und Durchlauferhitzer – werden mit Strom betrieben, was besonders vorteilhaft für Gebäude ist, die ihre Energieversorgung auf erneuerbare Quellen umgestellt haben. In Kombination mit einer Photovoltaik-Anlage wird die dezentrale Trinkwassererwärmung mit Wärmepumpe und Durchlauferhitzer vollständig nachhaltig: Die Sonne liefert den Strom, der sowohl die Wärmepumpe für die Raumheizung als auch die Durchlauferhitzer für warmes Wasser antreibt.
Fazit: Optimierung von Energieeffizienz und Nachhaltigkeit bei der Warmwasserbereitung
Um eine Trinkwassererwärmung energieeffizient, hygienisch und kostensenkend zu gestalten, ist die Reduzierung von Wärmeverlusten ausschlaggebend. Hierfür definiert u. a. das Gebäudeenergiegesetz (GEG) verbindliche Standards, um den Energiebedarf zu senken:
- gut gedämmte Rohrleitungen
- optimal isolierte Speicher und Verteilsysteme
- Wärmerückgewinnungstechnologien wie Abwasserwärmetauscher
Moderne Steuerungs- und Regelungstechnik wie intelligente Temperaturregler und programmierbare Zeitschaltungen bieten weiteres Optimierungspotenzial bei der Warmwassererwärmung, indem sie die Bereitstellung Warmwasser an den tatsächlichen Bedarf anpassen.
Auch ein fachgerecht durchgeführter hydraulischer Abgleich und die präzise Durchflussregelung in Zirkulationsleitungen gewährleisten eine gleichmäßige Warmwasserverteilung bei minimiertem Pumpeneinsatz.
Die schlussendliche Entscheidung ob zentrale, dezentrale oder hybride Trinkwassererwärmung, sollte immer auf die spezifischen Gebäudeanforderungen abgestimmt sein. Maßgeschneiderte Lösungen zur Trinkwassererwärmung gewinnen hier zunehmend an Bedeutung, wobei das Ziel darin besteht, erneuerbare Energien maximal zu nutzen, ohne Kompromisse bei der Trinkwasserhygiene einzugehen.
