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Warmwasser erwärmen
- Die Wärmepumpe kann und soll auch das Warmwasser erwärmen
- Legionellen sind im Wasser lebende Bakterien
- Warmwassererwärmung in Boilern
- Im Durchlaufprinzip wird das Trinkwasser kurz vor der Nutzung erwärmt
- Frischwasserstation als Alternative zum Technischen Speicher
- Übliche Sonnenkollektoren und eine Wärmepumpe konkurrenzieren sich
- Mit einer Photovoltaikanlage kann leicht ein Null-Heizenergiehaus erreicht werden
Es wird empfohlen, das Warmwasser vollständig mit der Wärmepumpe zu erwärmen, ohne zusätzlich Strom für eine Direktaufheizung zu verwenden. Auch wenn Warmwassertemperaturen von 50 °C oder mehr erforderlich sind, ist die Erwärmung mit einer Wärmepumpe immer noch wesentlich effizienter als mit elektrischer Direktheizung. Es sind immer noch Arbeitszahlen von deutlich über 2 erreichbar. Die aus hygienischer Sicht optimale Temperatur wäre 60 °C bis 65 °C, da dann allfällige Mikroorganismen (insb. Legionellen) absterben. Die gängige Methode der Warmwasserspeicherung in einem Boiler ist für Wärmepumpen nicht geeignet, daher wird eine Warmwassererzeugung im Durchlaufprinzip empfohlen. Die Methode ist unten im Detail aufgeführt.
Das Trinken von legionellenhaltigem Wasser stellt für Personen keine Gesundheitsgefahr dar. Erst wenn Legionellen mit Aerosolen (kleinsten Wassertröpfchen) in tiefe Lungenabschnitte gelangen (z.B. beim Duschen, Luft befeuchten, usw.), kann das zu Erkrankungen führen. Optimale Lebensbedingungen für Legionellen ist stehendes Wasser mit einer Temperatur von 25 bis 50°C.
Bei allen grossen Anlagen (für Heime, Hotels, Sportanlagen, etc.) mit langen Verteilleitungen und bei Anlagen mit grossen Warmwasserspeichern ist eine Warmwassertemperatur von 60°C bis 65°C erforderlich, um die Legionellenbildung zu verhindern. In Einfamilienhäusern und kleinen Wohngebäuden dagegen reicht eine Temperatur von 50°C aus.
Für die Warmwasser-Erwärmung stehen entweder ein konventioneller Warmwasser-Speicher (Boiler) oder ein technischer Speicher zur Auswahl.
Heute wird Trinkwasser noch immer – unabhängig von der Art der Wärmeerzeugung – zumeist in einem sog. Boiler aufgeheizt (Bild 1). Das Trinkwasser «lagert» im Boiler. Das Heizwasser wird vom Wärmeerzeuger zum Heizregister im Boiler und wieder zurück transportiert. Das Heizregister erwärmt das Trinkwasser. Die Temperatur des Trinkwassers kann niemals höher sein als die maximale Temperatur des Heizwassers im Register. Insbesondere bei tiefen Heizwasser-Temperaturen und im unteren Bereich des Boilers vereint diese übliche Art der Wassererwärmung die beiden wichtigsten Ursachen für Legionellenbildung: stehendes Wasser und ein Temperaturbereich zwischen 25 und 50°C. Aus hygienischen Gründen wird deshalb das Wasser einmal täglich auf über 60°C erwärmt, was zwar die Legionellen abtötet, aber einen Mehrenergiebedarf zur Folge hat. Dies ist nicht mit allen Wärmepumpeanlagen möglich, was eine direktelektrische Nachwärmung erforderlich macht, welche einen hohen Mehrstrombedarf erzeugt.
Bild 1: Übliche Lösung mit Warmwasser-Boiler: Es bilden sich leicht Legionellen
Wenn ein Warmwasser-Speicher (Boiler) geplant wird, sollte dieser so klein als möglich sein und maximal einen Tagesbedarf abdecken, um die Vermehrung von Kleinlebewesen nicht zu begünstigen. Eine Boilergrösse von 100 bis 150 Liter pro Wohneinheit reicht meist aus, da dieser ja laufend nachgewärmt werden kann. Hier sind Warmwassertemperaturen von 55°C bis 60°C (bei grossen Anlagen 60°C bis 65°C) zu empfehlen. Aus hygienischen Gründen ist es aber wie gesagt sehr ungünstig, warmes Trinkwasser zu speichern.
In jedem Fall muss die Anlage so geplant und betrieben werden, dass die Wärmepumpe die für das Warmwasser erforderliche Temperatur nur zeitweise liefert, um den Speicher zu laden. In der übrigen Zeit soll die Wärmepumpe nur die erforderliche Vorlauftemperatur für das Heizsystem liefern, die meist wesentlich tiefer liegt. Dies stellt sicher, dass die Wärmepumpe so oft wie möglich mit maximaler Arbeitszahl läuft.
Empfohlen wird die Warmwasser-Erwärmung im Durchlaufverfahren. Die Gefahr einer mikrobiologischen Verunreinigung (Legionellen-Bildung) des Warmwassers kann stark vermindert werden. Bei einer Warmwassererwärumg im Durchlauf-Verfahren (auch Frischwasser-Station genannt) und bei kleinen Anlagen (Einfamilien- und kleine Mehrfamilienhäuser), wo keine langen WW-Leitungen vorhanden sind, ist eine Warmwassertemperatur von 50 °C ausreichend. Für das Durchlauf-Verfahren bei Einfamilienhäusern ist ein genügend gross dimensioniertes WW-Register in einem technischen Speicher geeignet. Bei grösseren Anlagen ist ein technischer Speicher mit einem externen WW-Wärmetauscher besser. Eine solche Anlage wird auch Frischwasser-Station genannt.
Bild 2: Das Warmwasser im Durchlauf-Prinzip zu erwärmen ist viel hygienischer, tiefere Temperaturen sind möglich.
Bild 2 zeigt die Versorgung mit Trinkwasser im Durchlaufprinzip. Der Wärmeerzeuger (Wärmepumpe) versorgt den Technischen Speicher mit Heizwasser. Während das Trinkwasser durch das Register im Speicher geführt wird, heizt es sich auf. Das Trinkwasser wird erst unmittelbar vor seiner Nutzung von ca. 10°C (Kaltwasser, KW) auf z.B. 50°C (Warmwasser, WW) aufgewärmt. Indem das Wasser kalt gespeichert und erst bei der Benutzung erwärmt wird, kann die Legionellenbildung stark eingedämmt werden, und die benötigte Warmwassertemperatur ist kleiner.
Die Frischwasserstation (Bild 3) ist eine Alternative zum Trinkwasser-Register im Technischen Speicher, die vor allem für grössere Anlagen geeignet ist. Sie funktioniert über einen Wärmetauscher ausserhalb des Speichers. Aus dem Speicher wird die Wärme zum Aufheizen des Trinkwassers bezogen und in der Frischwasserstation an das Trinkwasser abgegeben. Auch in diesem Fall wird das Kaltwasser erst unmittelbar vor seiner Nutzung erwärmt, und das Warmwasser verbleibt nicht über längere Zeit stehend im Wärmetauscher. Die Entstehung von Legionellen wird so stark reduziert. Die Frischwasserstation (resp. ein externer Wärmetauscher) hat den Vorteil gegenüber dem einfachen Durchlauferhitzer, auch grosse Warmwassermengen in kurzer Zeit liefern zu können. Diese Technik wird insbesondere auch bei solarer Wassererwärmung angewendet, wo Temperaturen über 60°C ebenfalls nur mit grossen Nachteilen erreicht werden können.
Bild 3: Trinkwassererwärmung mit einer Frischwasserstation.
Eine übliche Sonnenkollektoren-Anlage, um das Warmwasser zu erwärmen, ist in Kombination mit einer Wärmepumpe nicht wirtschaftlich. Sinnvoller ist es, mehr Geld in die Optimierung der Erdwärmesonde zu investieren (tiefere Sonde, bessere Hinterfüllung, Wasser statt Sole im Sondenkreis).
Viel Sinn machen kann hingegen ein unverglaster, grossflächiger Solarabsorber, der eine Regeneration der Erdwämesonde im Sommer ermöglicht und bei warmer Witterung als Wärmequelle für die Wärmepumpe dienen kann. Dieser Solarabsorber arbeitet auf tiefem Temperaturniveau (10°C bis max. 30°C).
Wer Sonnenenergie nutzen möchte, sollte dies mit einer Photovoltaik-Anlage zur Erzeugung von Strom tun. Insbesondere bei Einfamilienhäusern kann damit oft gleich viel oder mehr Strom erzeugt werden, als die Wärmepumpe für den Antrieb des Kompressors braucht. Damit wird das Gebäude in der Bilanz über ein Jahr zu einem Null-Heizenergie-Haus.
Die Kosten für derartige Anlagen sind in den letzten Jahren stark gesunken und werden wahrscheinlich weiterhin abnehmen. Es ist anzunehmen, dass Photovoltaik-Anlagen schon bald günstigere Solarenergie liefern als Sonnenkollektoren, und dies erst noch in Form von hochwertigem Strom statt als Wärme. Eventuell kann sogar ein Nullenergie-Haus erreicht werden, wenn auch noch der Haushaltsstrombedarf erzeugt werden kann. Um dies zu erreichen, ist aber im Allgemeinen ein Passivhaus-Standard notwendig.