Was ist ein Warmwasserspeicher? Unterschiede zwischen Speichern mit einer Rohrwendel, mit zwei Rohrwendeln und Elektro-Warmwasserspeichern

Ein Warmwasserspeicher ist ein Wärmeübertrager, der das heiße Wasser aus der Vorlaufleitung der Heizungsanlage über die darin liegenden Rohrwendeln an das Trinkwasser überträgt und das erwärmte Trinkwasser anschließend in einem gedämmten Behälter speichert. Der Heizkessel oder die Wärmepumpe leitet das Wasser des Primärkreises durch das Innere der Rohrwendel; das außerhalb der Rohrwendel befindliche Trinkwasser wird erwärmt und gespeichert. Die beiden Wasserkreise vermischen sich nicht.

Der Wärmeübertragungsmechanismus folgt der klassischen Wärmeübertragergleichung: Q gleich U mal A mal Delta T_lm. Dabei ist Q die übertragene Wärme in kW, U der Wärmedurchgangskoeffizient in W/m²K, A die Rohrwendelfläche in m² und Delta T_lm die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz in °C. Beim Gegenstrom von 80 °C warmem Vorlaufwasser und 10 °C kaltem Trinkwasser liegt die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz typischerweise in der Größenordnung von 40–50 °C.

Praxisbeispiel: Die Wärme, die erforderlich ist, um einen 150-Liter-Speicher in 60 Minuten von 10 °C auf 55 °C zu erwärmen, wird wie folgt berechnet. Die erforderliche Energie beträgt Q gleich m mal Cp mal Delta T; für 150 kg Wasser ergibt sich mit Cp 4,18 kJ/kg°C und einer Temperaturdifferenz von 45 °C Q gleich 150 mal 4,18 mal 45 gleich 28.215 kJ. Die Leistung, die erforderlich ist, um diese Energie in 3600 Sekunden zu übertragen, beträgt 28.215 geteilt durch 3600 gleich ca. 7,8 kW. Es muss bestätigt werden, dass die vorhandene Kesselleistung über diesem Wert liegt; andernfalls verlängert sich die Aufheizzeit, oder die Komforttemperatur wird nie erreicht.

Das Speicherprinzip unterscheidet sich grundlegend vom Durchlauferhitzer. Der Warmwasserspeicher speichert mit geringer momentaner Leistung über längere Zeit Energie und gibt diese Energie bei hoher Nachfrage wieder ab; der Durchlauferhitzer hingegen nimmt momentan eine hohe Leistung auf, speichert aber nichts. Bei hoher Nachfrage, etwa wenn in einer 4-köpfigen Familie gleichzeitig geduscht und der Geschirrspüler genutzt wird, ist der Warmwasserspeicher im Vorteil; für Ein-Personen-Wohnungen oder nur gelegentlich genutzte Sommerhäuser kann ein Durchlauferhitzer sinnvoller sein. Zu Warmwasserspeichern und Warmwasseranlagen können Sie sich unsere Produktgruppe ansehen. (Details: Heizung)

Die Temperaturverteilung im Warmwasserspeicher ist geschichtet, und diese Schichtung beeinflusst die Anlagenleistung unmittelbar. Da warmes Wasser eine geringere Dichte hat, sammelt es sich oben, während das kalte Wasser vom Eintritt unten bleibt; diese Anordnung nennt man thermische Schichtung. Bei einem gut ausgelegten Speicher erfolgt der Austritt ganz oben und der Kaltwassereintritt ganz unten, und das eintretende Kaltwasser wird durch eine Diffusorplatte verlangsamt, sodass sich die Schichten nicht vermischen. Bleibt die Schichtung erhalten, stehen ca. 80 Prozent des Speichervolumens als nutzbares Warmwasser zur Verfügung; kommt es zur Durchmischung, sinkt dieser Anteil auf 50–60 Prozent, und der Speicher wirkt kleiner, als er tatsächlich ist. Bleibt die Temperaturdifferenz im Bereich der Rohrwendel bei 5–8 °C, ist das ein Anzeichen für eine effiziente Schichtung.

Der Warmwasserspeicher mit einer Rohrwendel ist der Standard, der nur einen Anschlusspunkt zum Primärkreis hat und aus einer einzigen Wärmequelle gespeist wird. Das heiße Wasser aus dem Heizkessel durchströmt die Rohrwendel, die im unteren Bereich des Behälters eintritt, erwärmt das Trinkwasser und kehrt über die Rücklaufleitung zurück. Er ist bei der Speicherauswahl der gängigste Typ und derjenige mit den niedrigsten Installationskosten.

Das Einsatzgebiet sind Anlagen, die ausschließlich über eine Kombitherme oder einen Erdgaskessel beheizt werden. Gibt es keine zweite Wärmequelle wie einen Solarkollektor, eine Wärmepumpe oder einen Festbrennstoffkessel, genügt eine Rohrwendel. Die Rohrwendelfläche variiert standardmäßig zwischen 0,8 und 2,5 m²; mit zunehmendem Speichervolumen wächst auch die Rohrwendelfläche, und die Aufheizzeit verkürzt sich proportional.

Die Einschränkung ist folgende: Wird nachträglich eine zweite Wärmequelle ergänzt, kann dieser Speicher nicht verwendet werden. Solaranlagen werden an die untere Rohrwendel angeschlossen, der Heizkessel an die obere; ein Speicher mit einer einzigen Rohrwendel kann diese Anordnung nicht leisten. Ist Solarenergie oder eine Wärmepumpe geplant, wird daher mit der Wahl eines Speichers mit zwei Rohrwendeln von Anfang an verhindert, dass später Austauschkosten entstehen. (Details: Wie viele Liter Warmwasserspeicher sollte ich kaufen? Berechnung für 2, 4, 6, 10 und 20 Personen)

Bei Speichern mit einer Rohrwendel bestimmt die Lage der Rohrwendel im Behälter die Aufheizgeschwindigkeit. Die Rohrwendel sollte unmittelbar oberhalb des Bodens beginnen und die untere Behälterhälfte umschließen; so wird das kälteste Wasser am Boden zum zuerst erwärmten Bereich, und die thermische Schichtung wird gestärkt. Der Rohrdurchmesser der Rohrwendel wird bei Wohngebäuden typischerweise zwischen 3/4 Zoll und 1 Zoll gewählt; der Volumenstrom im Primärkreis wird je nach diesem Durchmesser im Bereich von 0,6–1,2 m³/h gehalten. Ist der Volumenstrom zu niedrig, entsteht in der Rohrwendel eine laminare Strömung, der Wärmeübergangskoeffizient U sinkt, und die Aufheizzeit verlängert sich; ist der Volumenstrom zu hoch, steigt der Druckverlust, und die Umwälzpumpe verbraucht unnötig Energie. Bleibt die Spreizung zwischen Vor- und Rücklauf des Kessels im Bereich von 15–20 °C, ist das ein praktischer Hinweis auf den richtigen Volumenstrom.

Ein Warmwasserspeicher mit zwei Rohrwendeln ist ein Behälter mit zwei getrennten Rohrwendeln im unteren und im oberen Bereich, der zwei unterschiedliche Wärmequellen gleichzeitig oder abwechselnd nutzen kann. Die untere Rohrwendel wird an die Wärmequelle mit niedriger Temperatur – Solarenergie oder Wärmepumpe – angeschlossen, die obere an die Wärmequelle mit hoher Temperatur, und sie übernimmt die Funktion eines Reserve-Heizkessels.

Der Grund, die untere Rohrwendel an die Wärmequelle mit niedriger Temperatur anzuschließen, ist thermodynamisch. Das Wasser im Primärkreis, der von Solarkollektoren gespeist wird, liegt meist zwischen 40 und 60 °C. Das kalte Trinkwasser im Speicher sammelt sich ganz unten, und die Temperaturdifferenz zwischen diesem kalten Wasser und dem 40–60 °C warmen Kollektorwasser reicht aus, damit die Wärmeübertragung stattfindet. Die oben angeordnete zweite Rohrwendel nimmt dagegen das Kesselwasser auf; der Kesselkreis ist tagsüber, solange die Sonne ausreicht, außer Betrieb und schaltet sich an bewölkten Tagen oder nachts zu.

Bei der Wahl der Rohrwendelflächen wird die Leistung jeder Wärmequelle getrennt berechnet. Ein Rechenbeispiel auf der Solarkollektorseite lautet: Flachkollektoren mit 4 m² Fläche erzeugen bei 200 W/m² Effizienz ca. 800 W Leistung. Die Zeit, die erforderlich ist, um mit dieser Leistung einen 100-Liter-Speicher von 10 °C auf 45 °C zu erwärmen, wird wie folgt berechnet – 100 mal 4,18 mal 35 geteilt durch 0,8 gleich ca. 18.288 Sekunden, d. h. 305 Minuten. An bewölkten Tagen schaltet sich die Kesselrohrwendel zu und verkürzt diese Zeit auf 45–60 Minuten. Die Wahl eines Speichers mit zwei Rohrwendeln ist besonders in Regionen wie Istanbul mit 2.600–2.900 Sonnenstunden pro Jahr sinnvoll. (Details: Was ist eine Wärmepumpe? Lohnt sich der Kauf einer Wärmepumpe 2026? Stromverbrauch und tatsächliche Kosten)

Ein Elektro-Warmwasserspeicher ist ein eigenständiger Warmwasserbehälter, der das Trinkwasser mit einem Heizstab direkt erwärmt und keinen Anschluss an die Heizungsanlage benötigt. Eine Rohrwendel ist nicht vorhanden; die einzige Energiequelle ist das Stromnetz. Das Volumen variiert bei Geräten für Wohngebäude zwischen 10 und 200 Litern, bei Industriegeräten zwischen 500 und 2000 Litern.

Die Bedingungen für die Bevorzugung lassen sich in vier Punkten zusammenfassen. Erstens: Im Objekt gibt es keine Zentralheizung, und die Installation einer Kombitherme oder eines Heizkessels ist nicht möglich. Zweitens: Der Warmwasserbedarf ist gering; in einer Ein-Personen-Wohnung oder für den WC-Bedarf eines Büros genügt ein Elektro-Warmwasserspeicher mit 30–50 Litern. Drittens: Wird Nachtstrom genutzt und nachts aufgeladen, sinken die Energiekosten bei kleinen Anlagen auf ein akzeptables Niveau. Viertens: wenn eine einfache Installation gefordert ist – es sind keine Rohrleitungen nötig, Steckdose und Erdung genügen.

Der Nachteil sind die Energiekosten. 1 kWh Strom erzeugt 1 kWh Wärme, d. h. COP gleich 1. Eine Wärmepumpe erzeugt dagegen mit derselben 1 kWh Strom 3–4 kWh Wärme, und ein über eine Kombitherme beheizter Warmwasserspeicher mit Rohrwendel arbeitet mit dem Wirkungsgrad von Erdgas. Die Energie, die für die Erzeugung von 100 Litern Wasser mit 45 °C täglich an 200 Tagen im Jahr erforderlich ist, beträgt ca. 100 mal 4,18 mal 35 geteilt durch 3600 gleich 4,06 kWh/Tag und somit 812 kWh im Jahr. Wird ausschließlich Strom verwendet, ergibt dieser Verbrauch im Vergleich zu Erdgas oder Wärmepumpe eine 2–4-mal höhere Kostenposition. (Details: Wie viel Strom verbraucht eine Wärmepumpe? Wie berechnet man den monatlichen Verbrauch?)

Bei der Auswahl eines Elektro-Warmwasserspeichers sind die Heizstableistung und der Thermostattyp wichtig. Bei Elektro-Warmwasserspeichern für Wohngebäude variiert die Heizstableistung zwischen 1,2 und 3,0 kW; ein 3-kW-Heizstab erwärmt einen 80-Liter-Behälter in ca. 155 Minuten von 10 °C auf 55 °C. Die Wahl der Heizstableistung hängt von der Belastbarkeit der Elektroinstallation ab; Leistungen über 3 kW erfordern eine eigene abgesicherte Leitung und ein Kabel mit passendem Querschnitt. Trockene Heizstäbe (mit Keramikmantel) werden von Verkalkung weniger beeinträchtigt und lassen sich leicht ersetzen; Heizstäbe in Nassausführung stehen dagegen in direktem Kontakt mit dem Wasser und müssen bei hartem Wasser alle 2–4 Jahre entkalkt werden. Auch Elektro-Warmwasserspeicher haben eine Magnesiumanode, die regelmäßig geprüft werden muss; in einem Behälter ohne Anodenschutz ist die Umgebung des Heizstabs die erste Korrosionsstelle.

Der Warmwasserspeicher speichert erwärmtes Wasser und gibt es bei Bedarf schnell ab; der Durchlauferhitzer erwärmt das Wasser dagegen momentan, während es fließt, und speichert nichts. Der Kern der Frage nach dem Unterschied zwischen Warmwasserspeicher und Durchlauferhitzer liegt im Verhalten bei hoher Nachfrage: Der Warmwasserspeicher bedient plötzliche Entnahmen von 15–20 Litern in kurzer Zeit, solange er gefüllt ist, aus dem Behälter; der Durchlauferhitzer liefert dagegen kontinuierlich Warmwasser im Rahmen seiner Leistung, doch bei mehreren gleichzeitig genutzten Zapfstellen kann die Leistung nicht ausreichen.

• Speicherung – Warmwasserspeicher: speichert erwärmtes Wasser und hält es bei Bedarf bereit; Durchlauferhitzer: keine Speicherung, erwärmt, während das Wasser fließt
• Momentaner Leistungsbedarf – Warmwasserspeicher: niedrig und konstant, Rohrwendel mit 4–8 kW; Durchlauferhitzer: hoch, 18–36 kW bei elektrischen Geräten
• Gleichzeitige Nutzung – Warmwasserspeicher: versorgt mehrere Zapfstellen, solange der Behälter gefüllt ist; Durchlauferhitzer: kann Bedarf über seiner Leistung nicht decken
• Bereitschaftsverlust – Warmwasserspeicher: je nach Dämmqualität 0,5–2,0 kWh Wärmeverlust pro Tag; Durchlauferhitzer: kein Bereitschaftsverlust
• Aufstellfläche – Warmwasserspeicher: für 80–300 Liter werden 0,3–0,8 m² Fläche benötigt; Durchlauferhitzer: wandmontiert, klein
• Einfluss der Wasserqualität – Warmwasserspeicher: Kalk lagert sich an der Rohrwendel ab, wird aber durch Emaille oder Anodenschutz beherrscht; Durchlauferhitzer: Kalk blockiert Heizstab oder Platten
• Geeignete Nutzung – Warmwasserspeicher: Wohngebäude mit mehr als 3 Personen, Hotels, Wohnanlagen; Durchlauferhitzer: Wohnungen für 1–2 Personen, Büro-WC, Sommerhaus

Die Entscheidungsregel lautet: Liegt der tägliche Warmwasserbedarf unter 50 Litern und gibt es keine gleichzeitige Nutzung an mehreren Stellen, ist ein Durchlauferhitzer sinnvoll. Bei mehr als 50 Litern oder in Wohngebäuden mit mehreren Bädern ist der Warmwasserspeicher die richtige Wahl. (Details: Warmwasserspeicher oder Elektro-Warmwasserspeicher? Welcher ist wirtschaftlicher und sinnvoller?)

Ein emaillierter Warmwasserspeicher ist ein Typ, bei dem die Innenfläche des Stahlbehälters durch eine Emaille-Beschichtung vor Korrosion geschützt wird; ein Edelstahl-Warmwasserspeicher dagegen wird aus Stahl der Güte 316L oder 304 gefertigt und benötigt keine Beschichtung. Bei der Entscheidung zwischen emailliert und Edelstahl bestimmt die Wasserqualität die Wahl unmittelbar, und eine falsche Wahl kann die Lebensdauer des Speichers von 5–8 Jahren auf 2–3 Jahre senken.

• Härtefestigkeit – Emailliert: beständig gegen hartes Wasser (12–25 °dH), Kalk haftet nicht auf der Emaille und löst sich ab; Edelstahl: geeignet für Wasser mittlerer Härte (8–15 °dH), bei sehr hartem Wasser steigt das Risiko lokaler Korrosion im Bereich der Schweißnähte
• Säurebeständigkeit – Emailliert: nicht beständig gegen saures Wasser (pH < 6,5), die Emaille reißt; Edelstahl: bleibt im pH-Bereich 5–9 stabil
• Chlorbeständigkeit – Emailliert: beständig gegen gechlortes Leitungswasser; Edelstahl 316L: Chlortoleranz bis 200 ppm, die Serie 304 niedriger
• Mechanische Stöße – Emailliert: bei Stößen können Risse entstehen, bei der Wartung ist Vorsicht geboten; Edelstahl: unempfindlich gegen Stöße
• Anodenbedarf – Emailliert: Magnesium- oder Titananode zwingend erforderlich, Wechsel alle 2–5 Jahre; Edelstahl: keine Anode erforderlich
• Gewicht – Emailliert: bei gleichem Volumen 15–20 Prozent schwerer als Edelstahl; Edelstahl: leichter
• Langfristige Kosten – Emailliert: die niedrigen Kosten für den Anodenwechsel können die geringe Anfangsinvestition ausgleichen; Edelstahl: keine Anode, langfristig niedrige Wartungskosten

Das Leitungswasser in Istanbul liegt in der Regel im Härtebereich von 15–22 °dH und im pH-Bereich von 7,0–7,8. Bei diesen Werten sind beide Typen geeignet; in Gebieten mit gechlortem Wasser ist es mit Blick auf die Lebensdauer des Werkstoffs jedoch sicherer, Edelstahl 316L zu bevorzugen. Wird Emaille bevorzugt, ist der regelmäßige Wechsel der Anode unerlässlich. (Details: Emaillierter oder Edelstahl-Warmwasserspeicher? Welcher hält länger?)

Die Magnesiumanode ist der verborgene Bestimmungsfaktor für die Lebensdauer emaillierter Warmwasserspeicher, und ihr Funktionsprinzip ist der kathodische Korrosionsschutz. Magnesium ist ein aktiveres Metall als Stahl; bildet sich im Behälter ein galvanisches Element, findet die Korrosion zuerst am Magnesiumstab statt, der als Opferanode dient, und der Stahlbehälter bleibt geschützt. Deshalb wird die Anode auch als Opferanode bezeichnet. Je härter das Wasser und je höher seine Leitfähigkeit, desto schneller löst sich die Anode auf; bei der Härte von 15–22 °dH in Istanbul beträgt die typische Lebensdauer einer Magnesiumanode 2–3 Jahre. Titan-Fremdstromanoden (Impressed Current) lösen sich dagegen nicht auf und sind wartungsfrei, benötigen aber eine Stromversorgung und haben höhere Anschaffungskosten. Die Anode muss ersetzt werden, wenn ihre Dicke auf ein Drittel des Wertes bei der Erstmontage gesunken ist; löst sie sich vollständig auf, endet der Schutz, und die Durchlöcherung des Behälters beginnt.

Das Speichervolumen wird danach bestimmt, ob der höchste gleichzeitige Warmwasserbedarf mit dem im Behälter erwärmten Wasser gedeckt werden kann. Die Grundregel bei der Frage, wie viele Liter ein Warmwasserspeicher haben sollte, besteht darin, den täglichen Warmwasserverbrauch pro Person mit 40–60 Litern anzusetzen; dieser Wert ist ein Durchschnittswert, der den Wohnkomfort abdeckt und Duschen, Händewaschen und Geschirrspülen umfasst.

Die Rechenschritte sind folgende. Der erste Schritt ist Personenzahl mal Verbrauch pro Person. Für 4 Personen ergibt 4 mal 50 Liter gleich 200 Liter. Der zweite Schritt ist die Anwendung des Gleichzeitigkeitsfaktors; wird nicht erwartet, dass alle Personen gleichzeitig Wasser entnehmen, wird ein Faktor von 0,75–0,85 angesetzt, und es ergibt sich 200 mal 0,80 gleich 160 Liter. Der dritte Schritt ist das Verhältnis zwischen Speichertemperatur und Nutzungstemperatur: Der Speicher wird bei 55–60 °C gehalten, das Trinkwarmwasser wird gemischt bei 38–42 °C abgegeben. In diesem Fall kann das tatsächliche Speichervolumen kleiner gehalten werden als das Nutzvolumen. Ein Speicher mit 150–200 Litern für 4 Personen deckt den tatsächlichen Komfortbedarf.

• 2 Personen – Verbrauch: 80–100 Liter/Tag; empfohlener Speicher: 80–100 Liter
• 3–4 Personen – Verbrauch: 120–180 Liter/Tag; empfohlener Speicher: 150–200 Liter
• 5–6 Personen – Verbrauch: 200–280 Liter/Tag; empfohlener Speicher: 200–300 Liter
• 6–10 Personen – Verbrauch: 280–500 Liter/Tag; empfohlener Speicher: 300–500 Liter
• Hotel, Pension – Verbrauch: pro Zimmer 80–120 Liter/Tag; empfohlen: zentrale Anlage, 500–2000 Liter Speicher

Es ist zu beachten, dass die Kesselleistung die Aufheizzeit des Speichers bestimmt. Die Energie, die erforderlich ist, um einen 200-Liter-Speicher mit einer Temperaturdifferenz von 45 °C zu laden, beträgt ca. 10,5 kWh. Ein Kessel mit 8 kW Leistung schafft dies in ca. 80 Minuten; ein Kessel mit 24 kW Leistung ist dagegen in 26 Minuten fertig. Besteht morgens ein hoher Bedarf, sollte geplant werden, dass die Aufheizzeit für diese Bedarfsphase ausreicht. (Details: Wie viele Liter Warmwasserspeicher sollte ich kaufen? Berechnung für 2, 4, 6, 10 und 20 Personen)

Der entscheidende Parameter für den Komfort ist die sogenannte Erststundenleistung; dieser Wert gibt die gesamte Warmwassermenge an, die der Speicher in der ersten Stunde liefern kann, und zwar aus dem gespeicherten Wasserinhalt zusammen mit dem während der Aufheizung frisch erzeugten Wasser. Ein 200-Liter-Speicher kann mit einem 24-kW-Kessel in der ersten Stunde ca. 300–330 Liter Wasser mit 40 °C liefern, da die Rohrwendel beim Entleeren des Behälters laufend neues Wasser erwärmt. Deshalb deckt in einem Wohngebäude mit zwei Bädern ein 200-Liter-Speicher problemlos zwei lange Duschen hintereinander am Morgen. Wird das Speichervolumen groß, die Kesselleistung aber klein gewählt, bleibt die Erststundenleistung auf den Behälter begrenzt; ist die Kesselleistung groß, der Behälter aber klein, kommt das Wasser bei gleichzeitiger Nutzung mit hohem Volumenstrom kalt an. Die richtige Kombination ergibt sich, wenn Speichervolumen und Kesselleistung gemeinsam betrachtet werden.

Die Dimensionierung der Rohrwendel erfolgt nach der Wärmeleistung, die von der Wärmequelle an den Speicher übertragen werden soll, und nach der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Kreisen. Die Rohrwendel-Berechnung für Warmwasserspeicher beruht auf der grundlegenden Wärmeübertragergleichung Q gleich U mal A mal Delta T_lm; dabei ist A, die gesuchte Unbekannte, die Rohrwendelfläche in m². Der U-Wert variiert je nach Rohrwendelwerkstoff und Strömungsbedingungen zwischen 500 und 1200 W/m²K; für Kupferrohrwendeln wird der obere Bereich verwendet, für Stahl der untere.

Beispielrechnung: Die Leistung, die erforderlich ist, um einen 150-Liter-Speicher in 60 Minuten von 10 °C auf 55 °C zu erwärmen, wurde mit ca. 7,8 kW ermittelt. Wird das Kesselvorlaufwasser mit 80 °C, der Rücklauf mit 65 °C, der Speicher zu Beginn mit 10 °C und das Ziel mit 55 °C angesetzt, wird die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz wie folgt berechnet. Große Differenz gleich 80 minus 55 gleich 25 °C; kleine Differenz gleich 65 minus 10 gleich 55 °C. Delta T_lm gleich 25 minus 55 geteilt durch ln(25/55) gleich 30 geteilt durch 0,788 gleich ca. 38 °C. Die erforderliche Fläche A gleich 7800 geteilt durch 800 mal 38 gleich 7800 geteilt durch 30.400 gleich ca. 0,26 m².

Dieser Wert ist das theoretische Minimum; in der Praxis wird für Verschmutzung und Verkalkung ein Sicherheitsfaktor von 1,25–1,5 angesetzt, und die tatsächliche Rohrwendelfläche steigt auf 0,33–0,39 m². Bei der unteren, von Solarkollektoren gespeisten Rohrwendel ist die Temperatur der Wärmequelle niedriger (40–55 °C), die Temperaturdifferenz verringert sich, und die Rohrwendelfläche kann sich für dieselbe Leistung verdoppeln. Daher werden bei solaren Warmwasserspeichern mit zwei Rohrwendeln die untere Rohrwendel mit 0,8–2,5 m² ausgelegt. (Details: Was ist ein Plattenwärmeübertrager? Wie funktioniert er in Warmwasserspeichern und Heizsystemen?)

Die Rohrwendelfläche als m² pro Liter zu bewerten, erleichtert den schnellen Vergleich zwischen Speichern. Bei kesselbeheizten Speichern mit einer Rohrwendel liegt dieses Verhältnis typischerweise im Bereich von 0,003–0,006 m² pro Liter; für einen 200-Liter-Speicher ist also eine Rohrwendelfläche von 0,6–1,2 m² zu erwarten. Bei solaren unteren Rohrwendeln wird das Verhältnis dagegen auf 0,008–0,012 m² pro Liter erhöht, um die niedrige Quellentemperatur auszugleichen. Haben zwei Speicher beim Katalogvergleich dasselbe Volumen, aber unterschiedliche Rohrwendelflächen, erwärmt sich der mit der größeren Fläche mit demselben Kessel schneller und ist besser mit Wärmequellen niedriger Temperatur vereinbar. Rohrwendelfläche – 200 Liter, Kesselausführung: 0,6–1,2 m²; Rohrwendelfläche – 200 Liter, solare untere Rohrwendel: 1,6–2,4 m²; Rohrwendelfläche – wärmepumpenkompatibel: ab 0,010 m² pro Liter empfohlen.

Die Kombination aus Warmwasserspeicher und Wärmepumpe ist eine der effizientesten Möglichkeiten, den Warmwasserbedarf in Wohngebäuden zu decken. Bei Modellen, die eine Austrittstemperatur von 55–60 °C erreichen können, kann die Wärmepumpe direkt Trinkwarmwasser erzeugen; bei niedrigeren Austrittstemperaturen arbeitet sie in Kombination mit dem Speicher. Diese Anordnung überträgt den hohen COP-Wert der Wärmepumpe auf die Trinkwarmwasserbereitung und ermöglicht gegenüber dem elektrischen Typ einen 2–4-mal niedrigeren Energieverbrauch.

Die bevorzugte Anordnung bei einem Warmwasserspeicher mit Niedertemperatur-Wärmepumpe ist folgende. Die Wärmepumpe erwärmt die untere Rohrwendel auf 45–55 °C. Erreicht die Speichertemperatur nicht 55 °C, schaltet sich der Reserve-Heizkessel oder der elektrische Heizstab an der oberen Rohrwendel zu. Diese Auslegung begrenzt den hohen Temperaturbedarf, der den COP der Wärmepumpe senkt, und hält den durchschnittlichen Jahres-COP der Anlage im Bereich von 2,8–3,5. Wird dagegen über die Kesselrohrwendel auf 60 °C nachgeheizt, ist zugleich die hygienische Anforderung erfüllt. (Details: Funktioniert eine Wärmepumpe mit Heizkörpern? Wärmepumpe im Haus mit vorhandenen Heizkörpern einbauen?)

Bei der Kombination aus Wärmepumpe und Warmwasserspeicher wird das Legionellenrisiko gesondert gesteuert. Die Speichertemperatur, die die Wärmepumpe in der Regel bei 45–50 °C hält, liegt nahe am Bereich von 30–45 °C, in dem sich Legionellen vermehren können. Deshalb muss ein wöchentlicher thermischer Desinfektionszyklus – 1 Stunde bei 60 °C – über den elektrischen Heizstab oder die Kesselrohrwendel sichergestellt werden. Dieser Zyklus wird über ein intelligentes Regelsystem automatisch gesteuert. Informationen zu Energieeffizienz und effizienten Systemen finden Sie in unserer Produktgruppe. (Details: Wärmepumpen)

Bei der Kombination mit einer Wärmepumpe sollte das Speichervolumen so groß gewählt werden, dass der Verdichter nicht zu häufig ein- und ausschaltet. Wärmepumpen erreichen den höchsten COP-Wert, wenn sie mit geringer Leistung über lange Zeit laufen; ein kleiner Speicher füllt und leert sich dagegen häufig und lässt den Verdichter in kurzen Zyklen laufen, was die Effizienz senkt. Die Faustregel lautet, je Kilowatt Wärmepumpenleistung mindestens 25–30 Liter Speichervolumen vorzusehen; für eine Monoblock-Wärmepumpe mit 3 kW ist ein Speicher mit 200–250 Litern die richtige Kombination. Zu beachten ist, dass die Wärmepumpe im Trinkwarmwasser-Modus (DHW-Modus) in der Regel vom Heizkreis getrennt und zum Speicher umgeleitet wird; dieser Wechsel muss über ein Dreiwegeventil erfolgen. (Details: 2-Wege-Ventil oder 3-Wege-Ventil? Welches wird wo eingesetzt?)

Das Legionellenrisiko bei Warmwasserspeichern beschreibt den Zustand, in dem Wasser, das im Warmwasserbehälter bei 30–45 °C steht, ein Vermehrungsmilieu für das Bakterium Legionella pneumophila bildet. Legionella pneumophila ist ein Bakterium, das sich in Warmwasseranlagen bei Temperaturen zwischen 30 und 45 °C vermehrt und beim Einatmen gefährlich sein kann. Steht das Speicherwasser stundenlang in diesem Temperaturbereich, entsteht ein für die Vermehrung günstiges Milieu. Die Norm TS EN 806-3 schreibt vor, dass gespeichertes Trinkwasser in Wohn- und Gewerbegebäuden über 60 °C gehalten oder die Vermehrung der Bakterien durch regelmäßige thermische Desinfektion verhindert werden muss.

Die Anwendungsregel lautet wie folgt. Wird der Speicher dauerhaft bei 60 °C gehalten, ist das Legionellenrisiko praktisch null; eine Einwirkung von 1 Minute bei 60 °C oder 20 Minuten bei 55 °C senkt die Keimzahl auf ein sicheres Maß. Wird der Speicher zur Energieeinsparung bei 50 °C gehalten – ein Szenario, das mit Wärmepumpen häufig vorkommt –, muss ein Desinfektionszyklus programmiert werden, der einmal pro Woche mindestens 1 Stunde lang auf 60 °C aufheizt.

Der kritische Punkt bei der thermischen Desinfektion ist, dass das Warmwasser nicht nur im Behälter, sondern im gesamten Verteilnetz die Zieltemperatur erreicht. Legionellen vermehren sich meist nicht im Speicher, sondern in selten genutzten Totleitungen und an den Zapfstellen. Deshalb müssen während des Desinfektionszyklus nacheinander alle Zapfstellen geöffnet werden, damit 60 °C warmes Wasser durch die Leitung strömt. In Warmwasserleitungen mit Zirkulation (Anlagen mit Zirkulationspumpe) darf die Rücklauftemperatur nicht unter 55 °C fallen; andernfalls werden Abkühlungszonen in langen Steigleitungen zum Rückzugsort für Legionellen. Da 60 °C warmes Wasser Verbrühungsgefahr birgt, sorgt es an den Entnahmestellen sowohl für Hygiene als auch für Sicherheit, das Wasser mit einem thermostatischen Mischventil auf 38–42 °C abzusenken.

In großen Gebäuden und Hotels ist das Risikomanagement systematischer. In der Türkei sehen die einschlägigen Vorschriften des türkischen Gesundheitsministeriums und die Norm TS EN 806-3 für Warmwasseranlagen über 500 Litern eine Risikobewertung, regelmäßige Probenahme und Keimzahlbestimmung vor. Bei der Planung zentraler Warmwasseranlagen für Gewerbegebäude müssen diese Anforderungen bereits in der Projektphase berücksichtigt werden. Ausführliche Informationen zum Legionellenrisiko und zur Warmwassersicherheit finden Sie in unserem entsprechenden Ratgeber. (Details: Was ist die Legionellengefahr im Warmwasserspeicher? Wie heiß muss das Warmwasser gehalten werden?)

Die Installation eines Warmwasserspeichers umfasst vier grundlegende Anschlussgruppen: den Primärkreis (Kesselrohrwendel), Eintritt und Austritt des Trinkwassers, das Sicherheitsventil und die Ausdehnungsabsicherung. Fehlt einer dieser Anschlüsse oder ist er fehlerhaft ausgeführt, hat das ernsthafte Folgen für Sicherheit und Leistung.

Beim Anschluss des Primärkreises müssen eine Umwälzpumpe, Absperrarmaturen und ein thermostatisches Regelventil vorhanden sein. Die Vorlauf- und Rücklaufleitung der Kesselrohrwendel, die an die Speicheranschlüsse angeschlossen wird, wird mit Absperrarmaturen und Strangregulierventilen ausgestattet. Der Volumenstrom der Rohrwendel wird auf dem im Kesselkatalog empfohlenen Wert gehalten; ein zu niedriger Volumenstrom verringert die Wärmeübertragung, ein zu hoher erhöht dagegen Rohrverschleiß und Geräusche. (Details: Auswahl der Umwälzpumpe)

Anschlusshöhe des Speichers und Rohrdämmung sind zwei häufig übersehene Details der Montagequalität. Die Trinkwarmwasser-Austrittsleitung wird am oberen Stutzen des Speichers abgenommen und möglichst kurz gehalten; lange und ungedämmte Warmwasserleitungen erhöhen sowohl den Bereitschaftsverlust als auch die Zeit, bis das Warmwasser an der Zapfstelle ankommt. Eine 10 Meter lange ungedämmte Warmwasserleitung aus Kupfer mit 22 mm gibt das in den Nutzungspausen gefüllte Wasser in wenigen Minuten an die Umgebung ab und führt dazu, dass der Nutzer bei jeder Entnahme zuerst kaltes Wasser ablaufen lässt. Deshalb sind Warmwasser- und Zirkulationsleitungen mit Elastomerschaum in 13–19 mm Dicke zu dämmen. Überschreitet die Entfernung zwischen Speicher und der am weitesten entfernten Zapfstelle 8 Meter, wird aus Komfortgründen ein Warmwasserkreis mit Zirkulationspumpe in Betracht gezogen; dieser Kreis muss auch hinsichtlich Legionellen oberhalb von 55 °C gehalten werden.

Das kritischste Element auf der Trinkwasserseite ist das Sicherheitsventil. Da der Warmwasserspeicher ein geschlossenes System ist, steigt der Druck schnell an, wenn das sich beim Aufheizen ausdehnende Wasser keinen Ausweg findet. Bei Standard-Warmwasserspeichern für Wohngebäude werden ein Sicherheitsventil mit 6–8 bar Einstelldruck und ein Ausdehnungsgefäß verwendet; ohne Ausdehnungsgefäß öffnet das Sicherheitsventil häufig und lässt Wasser ab, was sowohl Verlust als auch Verschleiß bedeutet. Die Norm TS EN 1717 regelt die Anforderung an den Schutz gegen Rückfluss in der Trinkwasserleitung und umfasst die Pflicht zu einem Rückschlagventil am Speichereintritt. (Details: Was ist ein Sicherheitsventil? Wo werden Sicherheitsventile mit 3 bar, 6 bar und 10 bar eingesetzt?)

Erzeugt der Warmwasserspeicher kein Warmwasser oder ist die Erzeugung unzureichend, wird das Problem in einer von vier Quellen gesucht: Primärkreis, Rohrwendel, Sicherheitsventil oder bei elektrischen Geräten Heizstab/Thermostat. Die Diagnose beginnt mit der äußeren Beobachtung, die keine Messung erfordert, und schreitet Schritt für Schritt nach innen fort.

Die Prüfung des Primärkreises erfolgt wie folgt. Es wird geprüft, ob der Kessel läuft, ob die Vorlauftemperatur über 60 °C liegt und ob die Umwälzpumpe in Betrieb ist. Liegt die Differenz zwischen Eintritts- und Austrittstemperatur des Speichers unter 3–5 °C, bedeutet das eine Verstopfung oder Verschmutzung der Rohrwendel; liegt die Differenz über 15 °C, überträgt die Rohrwendel ausreichend Wärme, und das Problem liegt im Speichervolumen oder in der Entnahmemenge.

Die Verschmutzung der Rohrwendel ist die häufigste Ursache. In Regionen mit mittelhartem Wasser wie Istanbul kann sich pro Jahr eine Kalkschicht von 1–2 mm bilden; diese Schicht senkt die Wärmedurchlässigkeit erheblich. Die Reinigung der Rohrwendel erfolgt in der Regel mit einer Zitronensäurespülung im Umlauf; der Vorgang ist regelmäßig nach dem Kalkgehalt einer dem Speicher entnommenen Wasserprobe zu planen. Auch wenn sich die Anode eines emaillierten Speichers aufgelöst hat, ist Wartung erforderlich, und dies zeigt sich in der Regel durch Farbveränderung und Geruch. (Details: Warum erwärmt der Warmwasserspeicher nicht? Häufigste Störungen und Lösungen)

Die Wirkung der Kalkschicht auf die Wärmeübertragung lässt sich zahlenmäßig bewerten. Kalk hat einen etwa 20–40-mal niedrigeren Wärmeleitkoeffizienten als Stahl; eine 1 mm dicke Kalkschicht auf der Rohrwendel kann den gesamten Wärmedurchgangskoeffizienten U um 15–25 Prozent senken. Dieser Rückgang schlägt sich unmittelbar in der Aufheizzeit nieder: Ein Speicher, der in 60 Minuten aufgeheizt wird, braucht bei fortschreitender Verkalkung 75–90 Minuten. Ein messbares Anzeichen ist, dass sich die Differenz zwischen Eintritts- und Austrittstemperatur im Lauf der Zeit verringert; ist die Differenz, die bei der Erstinstallation 15 °C betrug, auf 8 °C gesunken, hat die Rohrwendel die Hälfte ihrer Effizienz verloren. In diesem Fall besteht die vorbeugende Lösung darin, das Speisewasser des Speichers zu enthärten und die Rohrwendel durch eine jährliche Zitronensäurespülung sauber zu halten.

Die Energieeffizienz eines Warmwasserspeichers lässt sich in drei Punkten verbessern: die Speichertemperatur richtig einstellen, den Bereitschaftswärmeverlust verringern und die Wärmeübertragung der Rohrwendel sauber halten. Werden diese drei Punkte gemeinsam betrachtet, sind jährlich 150–400 kWh Einsparung möglich. Die Antwort auf die Frage, wie viel Energie ein Warmwasserspeicher verbraucht, teilt sich in zwei Komponenten: die Nutzenergie zum Erwärmen des Wassers und die Bereitschaftsverlustenergie, die das im Behälter stehende Wasser an die Umgebung abgibt.

Der Bereitschaftswärmeverlust ist ein unmittelbares Maß für die Dämmqualität des Speichers. Ein 150-Liter-Speicher mit Standard-Polyurethandämmung von 80 mm hat bei 60 °C Temperatur und 20 °C Umgebung einen Bereitschaftsverlust von ca. 0,8–1,2 kWh pro Tag. Dieser Wert beträgt im Jahr 292–438 kWh. Mit hochwertiger Dämmung kann dieser Verlust auf 0,5 kWh/Tag und damit auf ca. 182 kWh/Jahr gesenkt werden. Auch der Standort des Speichers ist entscheidend: Ein Speicher, der in einem warmen Heizraum steht, verliert deutlich weniger Wärme als ein Speicher in einem kalten Keller oder im Freien.

Die Wahl der Speichertemperatur ist eine Entscheidung, die Energie und Hygiene ausbalanciert. Eine Speicherung bei 55 °C hält das Legionellenrisiko auf einem beherrschbaren Niveau und verringert den Bereitschaftsverlust gegenüber 60 °C; sie erfordert jedoch, wie eben erwähnt, einen wöchentlichen Desinfektionszyklus. Ein Anheben auf 70 °C erhöht den Bereitschaftsverlust und führt dazu, dass das Sicherheitsventil häufiger öffnet. Praktische Empfehlung: Den Speicher bei 58–60 °C zu halten, ist sowohl hinsichtlich Hygiene als auch Effizienz der optimale Punkt. Weitere Informationen zu den Punkten der Energieeffizienz finden Sie in unserem Ratgeber. (Details: Energieeffizienz in mechanischen Anlagen)

Kodsan ist eine türkische Warmwasserspeicher-Marke, die Pomeka Mekanik im Sortiment führt, und bietet Ausführungen mit einer Rohrwendel, mit zwei Rohrwendeln, emailliert und aus Edelstahl, von 80 Litern für Wohngebäude bis zu 2000 Litern für den gewerblichen Bereich. Die Sortimentsbreite ermöglicht es, sowohl kleine Wohnprojekte als auch Hotels und Wohnanlagen aus einer Hand zu beliefern.

Bei der Auswahl für Wohngebäude ist die emaillierte Kodsan-Serie eine wirtschaftliche Option für gängiges Leitungswasser; bei regelmäßigem Anodenwechsel ist mit einer Lebensdauer von 10–15 Jahren zu rechnen. Die Edelstahl-Serie bietet dagegen in Regionen mit hohem Chlorgehalt oder saurem Wasser langfristig einen Wartungskostenvorteil, weil kein Anodenbedarf besteht. Der Typ mit zwei Rohrwendeln sollte bei Projektplanungen, die Solaranlagen oder eine Wärmepumpe einbeziehen, die Standardwahl sein.

In gewerblichen Projekten deckt die Kodsan-Serie der Tank-Warmwasserspeicher mit 500–2000 Litern Volumen den Warmwasserbedarf von Hotels, Wohnheimen und Krankenhäusern in einer zentralen Anlage. Bei diesen Serien ist die Rohrwendelfläche vergrößert, Flanschanschlüsse bieten Flexibilität vor Ort, und mit dem serienmäßigen Entleerungsventil ist die Anbindung vereinfacht. Zu Warmwasserspeichern und Behältern können Sie sich den Katalog von Pomeka Mekanik ansehen. (Details: Auswahlratgeber Kodsan-Warmwasserspeicher: Welcher Speicher für welches Projekt?)

Die Wahl des richtigen Speichertyps lässt sich als Entscheidungskette zusammenfassen. Die erste Frage ist die Zahl der Wärmequellen: Ist nur eine Kombitherme oder ein Heizkessel vorhanden, genügt der Typ mit einer Rohrwendel; sind Solarenergie oder eine Wärmepumpe geplant, ist der Typ mit zwei Rohrwendeln zwingend. Die zweite Frage ist die Wasserqualität: Liegt die Härte unter 15 °dH und ist der Chlorgehalt niedrig, ist Emaille die wirtschaftliche Lösung; bei gechlortem oder saurem Wasser sorgt Edelstahl 316L für lange Lebensdauer. Die dritte Frage ist das Volumen: Es ergibt sich aus Personenzahl mal 40–60 Litern unter Anwendung des Gleichzeitigkeitsfaktors 0,75–0,85. Die vierte Frage ist die Kesselleistung: Sie muss das gewählte Volumen in einer Zeit erwärmen können, die für die morgendliche Bedarfsphase ausreicht. Wer diese vier Fragen der Reihe nach beantwortet, beseitigt den größten Teil der in der Praxis am häufigsten vorkommenden Fehlentscheidungen bei der Speicherwahl bereits in der Projektphase. Bei Wohn- und Gewerbeprojekten in Kadıköy und Umgebung durchläuft das Ingenieurteam von Pomeka Mekanik diese Entscheidungskette Schritt für Schritt gemeinsam mit dem Kunden.