IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 6/2003, Seite 112 ff.


SANITÄRTECHNIK


Speicher-Wassererwärmer für nahezu jeden Einsatzfall

Dipl.-Ing. Frank Sprenger*

In den meisten Heizungsanlagen wird heute die Trinkwassererwärmung über Speicher-Wassererwärmer realisiert. Da das Speicherverhalten dem praktischen Warmwasserverbrauch mit den über den Tag verteilt unregelmäßigen Zapfungen entgegen kommt, haben sich Speicher-Wassererwärmer bei kleinen wie großen Warmwasserbedarfen durchgesetzt. Sie sind zu finden im Einfamilienhaus bis hin zu großen Hotels oder Schwimmbädern. 

Im oberen Bereich ist dieser stehende Speicher mit einer Schutzanode ausgerüstet, die vor allem in thermoglasierten Speichern zur Vermeidung von Korrosion zum Einsatz kommen.

Veränderte Rahmenbedingungen

Künftig wird wohl die Bedeutung von Speicher-Wassererwärmern weiter wachsen. Dazu trägt u.a. der grundsätzliche Anstieg des prozentualen Energieanteils für die Trinkwassererwärmung in der Heizungstechnik bei. Derzeit liegt der für die Trinkwassererwärmung aufgewendete Anteil vom gesamten häuslichen Energiebedarf bei ca. 15 Prozent. Anders ausgedrückt: 85% der im Wohnungsbau verbrauchten Energie wird für die Beheizung der Räume verwendet, 15% für die Warmwasserbereitung.

Bei Einsatz eines bodenstehenden Heizkessels ermöglichen liegende Speicher, die unter dem Kessel positioniert werden, eine kompakte und platzsparende Anordnung der Anlagenkomponenten.

Während der Gebäude-Wärmebedarf durch die neue Energieeinsparverordnung (EnEV) aber tendenziell auf den Niedrigenergiehausstandard sinkt, steigt der Warmwasserbedarf durch die immer komfortabler werdende Sanitärausstattung stetig an. Vor diesem Hintergrund rücken spezifische Merkmale von Speicher-Wassererwärmern zunehmend ins Blickfeld. Neben dem allgemein größer werdenden Einfluss der Trinkwassererwärmung in der Heizungstechnik kommt zugunsten der Speicher-Wassererwärmer der Trend hinzu, sich mehrere Wärmequellen zunutze zu machen. Seien es nun Kachelöfen, Solaranlagen, Wärmepumpen oder Holzheizkessel, die als zusätzliche Wärmelieferanten über die Schnittstelle Speicher-Wassererwärmer in das System der Warmwasserzentralheizung eingebunden werden sollen. Auf diese Weise kommt den Speicher-Wassererwärmern eine weitere Rolle als zentrale Wärmesammel- und -verteilstation zu.

Für die Bevorratung von größeren Wasservolumen kommen liegende Speicher zum Einsatz, die, um Platz zu sparen, übereinander gestapelt werden können.

Große Auswahl an Warmwasserspeichern

Diesen Anforderungen wird mit vielfältigen Speicherausführungen begegnet. So existieren neben stehenden Speicherausführungen auch platzsparendere Alternativen. Liegende Speicher ermöglichen z.B. die Positionierung unter dem Heizkessel oder in großen Anlagen die Stapelung mehrerer Speicher übereinander. Für den Bereich der Wandheizkessel sind zudem wandhängende Speicher erhältlich, die neben oder unter diesen an der Wand montiert werden können. Die konventionelle Speicherbauform ist einfach beheizt (monovalent) und besitzt hierzu üblicherweise im unteren Behälterbereich einen Glattrohrwärmetauscher. Kommt noch eine weitere Wärmequelle hinzu, bieten einige Varianten die Möglichkeit, einen zusätzlichen Wärmetauscher oder auch einen Elektroheizeinsatz über den Handlochdeckel nachzurüsten. In diesen Fällen spricht man von bivalenten Speichern. Dies ist aber längst nicht bei allen Ausführungen realisierbar.

Wandhängende Speicherausführungen sind besonders platzsparend, allerdings aus Gewichtsgründen üblicherweise nur bis zu einem Volumen von etwas über 100 Liter realisierbar.

Eine andere Lösung besteht darin, monovalente Speicher-Wassererwärmer in Reihe hintereinander zu schalten. Einfacher ist es jedoch, Neuanlagen, bei denen früher oder später eine zusätzliche Beheizung angedacht ist, von vornherein mit einem bivalenten Speicher-Wassererwärmer auszurüsten. Viele Speichervarianten bieten sogar die Möglichkeit eines multivalenten Betriebs. D.h., dass noch weitere Wärmequellen über zusätzliche Wärmetauscher angeschlossen und so unabhängig voneinander genutzt werden können.

Die technisch einfachste und wohl verbreitetste bivalente Speicherausführung besitzt zwei übereinander angeordnete Glattrohr-Wärmetauscher. All diesen Bauformen ist gemein, dass der gesamte Speicherinhalt gleichmäßig erwärmt wird.

Typische Speicherausführung: Über einen im Speicherbehälter angeordneten Glattrohr-Wärmetauscher wird der Wasserinhalt gleichmäßig erwärmt.

Eine höhere Leistungsfähigkeit wird mit Speicherladesystemen erreicht, bei denen der Speicherinhalt von oben nach unten mit Warmwasser beladen wird. Auf diese Weise steht bereits nach kurzer Ladezeit temperiertes Wasser für die Entnahme zur Verfügung. Eine besondere Variante des Speicherladesystems, die speziell auf die Einbindung von Solarwärme angepasst ist, stellen Thermosiphonspeicher dar. Hier wird das Ladeprinzip über ein Wärmeleitrohr umgesetzt.

Immer häufiger sollen heute zusätzliche Wärmequellen nicht nur für die Trinkwassererwärmung, sondern auch zur Heizungsunterstützung genutzt werden. Für diesen Zweck bieten sich Pufferspeicher oder aber Kombispeicher an. Pufferspeicher sind analog zu anderen Ausführungen aufgebaut, erwärmen und bevorraten aber anstelle des Trinkwassers ausschließlich Heizungswasser. Für einen gegebenenfalls zu deckenden Bedarf an erwärmtem Trinkwasser ist beim Einsatz eines herkömmlichen Pufferspeichers ein zusätzlicher Speicher für die Trinkwassererwärmung notwendig. Kombispeicher sehen dagegen neben der Heizungsunterstützung schon werkseitig eine Trinkwassererwärmung vor. Im Vergleich zu Anlagenausführungen mit mehreren Speicherbehältern benötigt eine solche Wärmeverteilzentrale einen erheblich geringeren Platzbedarf. Außerdem können wegen der geringeren Oberfläche Auskühlverluste minimiert werden.

Bivalente Speicher sind für die Beheizung durch zwei Wärmequellen mit zwei übereinander angeordneten Glattrohr-Wärmetauschern ausgerüstet. Von außen sind sie aber kaum von einem monovalenten Speicher zu unterscheiden.

Korrosionsschutz

Neben einer leistungsfähigen Trinkwassererwärmung wird von Speicher-Wassererwärmern zusätzlich erwartet, dass sie sich stets in einem einwandfreien hygienischen Zustand befinden. Schließlich handelt es sich bei Trinkwasser um ein Lebensmittel, dessen Qualität bei der Erwärmung nicht beeinflusst werden darf. Diese Forderung setzt ebenfalls die Korrosionsbeständigkeit der trinkwasserberührten Werkstoffe voraus, da Korrosionsreaktionen neben eventuellen Schädigungen auch das Trinkwasser verunreinigen können.

Da die Korrosion maßgeblich durch den im Wasser enthaltenen Sauerstoff bestimmt wird, kommt dem Korrosionsschutz in Speicher-Wassererwärmern eine besondere Bedeutung zu. Anders als in geschlossenen Systemen, in denen die Korrosion durch den Verbrauch des Sauerstoffs schnell zum erliegen kommt, sind die wasserberührten Oberflächen in Speicherbehältern durch die ständigen Zu- und Abflüsse einem permanent hohen Sauerstoffgehalt ausgesetzt.

Schnitt durch ein Speicher-Ladesystem mit aufgesetztem Wärmetauscher-Set.

Diesen Verhältnissen gilt es mit geeigneten Maßnahmen zu begegnen. Dazu kommen Werkstoffe zum Einsatz, die gegenüber Korrosion und hohen Temperaturen beständig sind. So bilden z.B. Kupfer und Edelstahl an der Oberfläche unter Einwirkung von Sauerstoff eine schützende Oxidschicht, die das darunter liegende Material vor dem Sauerstoff abschirmt und so ein Fortschreiten der Korrosion verhindert.

Neben Kupfer- und Edelstahlausführungen sind aber vor allem solche Speicher-Wassererwärmer von Bedeutung, in denen der Korrosionsschutz durch einen beständigen Überzug realisiert wird. Hier haben sich Behälter aus herkömmlichen Baustahl durchgesetzt, deren trinkwasserberührten Oberflächen mit einer auf Glasbasis beruhenden Vergütung versiegelt sind. Die Vergütung hat u.a. den Vorteil der Unabhängigkeit gegenüber den verschiedensten Wasserbeschaffenheiten. So bieten entsprechende Ausführungen selbst bei korrosionsfördernden Inhaltsstoffen wie hohen Eisen-, Chlorid-, Sulfat- oder Kohlensäuregehalten und sogar bei Seewasser einen wirkungsvollen Korrosionsschutz.

Im Gegensatz zu bivalenten Standardspeichern erwärmen Thermosiphon-Speicher den Behälterinhalt nicht gleichmäßig, sondern Schicht für Schicht.

Durch den Einsatz eines aus konventionellem Baustahl bestehenden Speicherkörpers kann zudem der Verbrauch wertvoller Rohstoffe reduziert werden. Die Glasur wird in die Stahloberfläche eingebrannt, wodurch ein inniger Verbund hoher mechanischer und chemischer Güte entsteht. Obwohl durch Auftragen mehrerer Schichten der Glasur ein lückenloser Überzug möglich wäre, ist aus ökonomischen Gesichtspunkten die Kombination mit einem kathodischen Korrosionsschutzsystem sinnvoller. Das in Speicher-Wassererwärmern eingesetzte Korrosionsschutzsystem besteht aus einer Anode, über die ein elektrischer Stromfluss zu nicht abgeschirmten Stellen der Behälterwandung hergestellt wird. Dadurch entstehen anodische und kathodische Reaktionen, die nicht nur eine Korrosion verhindern, sondern die Fehlstelle bei hartem Wasser gleichzeitig infolge Kalkbildung abdecken. Dieser Mechanismus wird in Speicher-Wassererwärmern überwiegend mit dem Einsatz von Magnesiumanoden realisiert.

Kombispeicher puffern Heizungswasser und erwärmen gleichzeitig Trinkwasser.

Bei der Magnesiumanode entsteht ein Schutzstrom durch den im Vergleich zu Stahl sehr viel unedleren Werkstoff. Die über eine Masseleitung mit dem Speicherkörper verbundene Magnesiumanode "opfert" sich für das Eisen auf und geht in Lösung. Der Materialverbrauch der Magnesiumanode ist jedoch sehr gering, sodass die Trinkwasserqualität davon unbeeinflusst bleibt. So weisen Mineralwässer im Allgemeinen höhere Magnesiumkonzentrationen auf, als sie durch die Wirkungsweise der Schutzanode entstehen. Dessen ungeachtet sollte die Magnesiumanode jedoch im Rahmen regelmäßig durchzuführender Service- und Wartungsarbeiten überprüft und bei Bedarf ersetzt werden.

In letzter Zeit haben sich in dem Bereich aber zunehmend auch Fremdstrom- bzw. Inertanoden etabliert. Diese arbeiten mit einer extern angelegten Spannung und zeichnen sich durch einen völlig wartungsfreien Betrieb aus.


B i l d e r :   Buderus Heiztechnik GmbH, Wetzlar 


* Dipl.-Ing. Frank Sprenger, Technische Public Relations, Buderus Heiztechnik GmbH, Wetzlar