Warmwasser

Warmwasser ist erwärmtes Trink-, oder Brauchwasser im Temperaturbereich von üblicherweise 30 °C bis 60 °C, darüber hinaus spricht man von Heißwasser. Eine Wassertemperatur von 35 °C wird in der Regel als handwarm empfunden, während bei 55 °C schon die Gefahr der Verbrühung beginnt. Thermostatisch geregelte Mischventile in Wohnungen werden meist auf eine Normaltemperatur von 40 °C eingestellt. Mithilfe einer Mischbatterie kann die Wassertemperatur zwischen der Temperatur des zuströmenden Kalt- und Warmwassers eingestellt werden.

Das zur Warmwasserbereitung genutzte Kaltwasser hat die Temperatur des Erdreichs in 1 bis 3 Meter Tiefe, also um die 10 °C. Wenn es länger in der Leitung steht, nimmt es die Raumtemperatur an.

Die Bereitstellung von Warmwasser gehört heute in Industrieländern zum üblichen Wohnkomfort.

Geschichte

Während die meisten Privathaushalte bis etwa zur Mitte des 20. Jahrhunderts ihren Bedarf an Warmwasser durch Erhitzen am Herd oder im Wasserschiff und später mit Badeöfen deckten, setzten sich anschließend zentrale Warmwasserspeicher und elektrische oder mit Stadtgas betriebenen Durchlauferhitzer durch, welche Heißwasser erzeugten. Für den täglichen Gebrauch (z. B. Abwasch, Handwäsche) oder zum Baden musste das hocherhitzte Wasser also mit Kaltwasser gemischt werden. Bei brennstoffbetriebenen Wassererhitzern führen oft mögliche Sicherheitsmängel bei der Luftzufuhr, den Gasleitungen oder Abgaszügen dazu, dass diese Geräte für Wohnräume nur noch eingeschränkt verwendet werden dürfen.

Heute gehört eine komfortable, automatisierte Warmwasserbereitung zum Standard in den entwickelten Industrieländern. Die Energie zur Erwärmung wurde in den letzten Jahrzehnten vorwiegend durch Verbrennung von Öl oder Gas bereitgestellt. In Ländern mit sehr geringen Strompreisen (Frankreich, skandinavische Länder) ist auch die elektrische Heizung verbreitet. Seit Beginn der 2000er Jahre gewinnen thermische Solaranlagen, Holzheizkessel, Wärmepumpenanlagen und Abwasserwärmerückgewinnung an Bedeutung.

Die Nutzung der Sonnenenergie hat eine längere Geschichte, als oft angenommen. Angeblich hat bereits Archimedes um 250 v. Chr. in Syrakus ein Heizsystem mit Brennspiegeln gebaut, und in südlichen Ländern nützt man die rasche Erwärmung von dunklen Behältern schon lange. Kleingärtner basteln sich seit der letzten Jahrhundertwende eigene primitive Systeme, die auf einem dunkel gestrichenen Fass oder einem in der Sonne liegenden Schlauch beruhen. Selbst mit einem einfachen Gartenschlauch kann man schon nach einer Viertelstunde Sonne ein kurzes „Tröpferlbad“ genießen. In Ländern wie Israel oder Griechenland gibt es fast kein Hausdach, auf dem nicht ein Thermosiphonkollektor mit Warmwasserspeicher steht, der ohne Pumpe nach dem Schwerkraft-Umlaufprinzip arbeitet.

Heutige Warmwassersysteme

Soll ein modernes Warmwassersystem für unsere Breiten auch im Winter zufriedenstellend arbeiten, benötigt es vor allem folgende Komponenten:

• Beheizung durch einen Brennstoff (Öl, Gas, Kohle, Brennholz oder Pellets), durch Fernwärme oder auch elektrischem Strom
• eine Regelung mit Temperaturfühler und Zeitschaltuhr
• Sicherheitseinrichtung mit Ausdehnungsgefäß, Rückflussverhinderer und Sicherheitsventil
• eine Zirkulationspumpe (mit eigenem Temperaturfühler und Zeitschaltuhr oder durch die Regelung gesteuert)
• und für den Komfort eine Mischbatterie an jedem Waschbecken oder eine zentrale Mischbatterie für jeden Waschraum

Die Wärmeversorgung für moderne, sanitätsbewusste Gewerbebetriebe erfordert darüber hinaus noch eine Abstufung der Wassertemperatur und aus Gründen des Umweltschutzes oft auch jene der Qualität. Da eine zentrale Heizanlage bei nicht zu langen Leitungen einen höheren Wirkungsgrad hat, sollte sie etwa folgende Bedürfnisse erfüllen:

• Heizwasser (Vorlauftemperaturen je nach System von etwa 23 °C bis maximal 90 °C)
• Betriebswasser für Desinfektion (Wassertemperatur mindestens 82 °C)
• Betriebswasser für die gewerblich genutzten Handwaschbecken (Entnahmetemperatur etwa 45 °C)
• Betriebswasser für Reinigung etc. (Entnahmetemperatur ca. 65 °C)
• Warmwasser in Trinkwasser-Qualität für spezielle Räume (kann zur Ersparnis des zugehörigen Leitungsnetzes auch örtlich erwärmt werden) und
• Wasserdampf für die oft nötige Prozesswärme (Sattdampf zwischen 1,5 bar und 8 bar)

Die Wärmeerzeugung (Heißwasser, Dampf) erfolgt meist mit Heizkesseln oder Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Zum System gehören bei obiger Auslegung im Regelfall mehrere Warmwasserboiler, teilweise getrennte Rohrleitungen, Armaturen und ein geeigneter Kamin etc. Zu einer optimalen Betriebsweise bedarf es neben effizienten Einzelkomponenten auch einer optimalen Kombination der einzelnen Systemteile.

Trinkwassererwärmungsanlagen

Den Begriff der Anlage zur „Trinkwassererwärmung nach der Definition der allgemein anerkannten Regeln der Technik“ enthält die deutsche Trinkwasserverordnung in § 13 ihrer seit dem 1. November 2011 geltenden Fassung. Zwecks Überwachung dieser Anlagen hinsichtlich etwaiger Krankheitserreger gilt für den Betrieb von Trinkwassererwärmungsanlagen seit November 2011 eine Anzeigepflicht gegenüber dem Gesundheitsamt. Durch die zweite Änderung der Trinkwasserverordnung im Dezember 2012 wurde diese Meldepflicht bei Bestandsanlagen wieder rückgängig gemacht. Nun müssen nur noch Anlagen mit gewerblicher und öffentlicher Nutzung und Großanlagen zur Trinkwassererwärmung gemeldet werden, deren technischer Maßnahmewert 100KBE/100ml überschreitet.

Hygienische Anforderungen

→ Hauptartikel: „Hygienische Anforderungen“ im Artikel Trinkwasser

Die EN 806-2 stellt fest, dass 30 Sekunden nach dem Öffnen einer Zapfstelle die Warmwassertemperatur 60 °C nicht unterschreiten sollte, sofern anderweitige örtliche oder nationale Regelungen dem nicht entgegenstehen, da sich schädliche Keime bei dieser Temperatur in der Regel nicht vermehren können. Zusätzlich sollte das Warmwasser an jeder Zapfstelle auf 70 °C erwärmt werden können, um Leitungen und Armaturen auf diese Weise thermisch zu desinfizieren.

In Deutschland genügt es nach der dortigen nationalen Ergänzungsnorm DIN 1988-200, wenn 30 Sekunden nach dem Öffnen einer Zapfstelle die Warmwassertemperatur 55 °C erreicht. In diesem Fall handelt es sich jedoch nicht um eine "Soll"-Bestimmung, sondern um eine Festlegung.

Zu beachten ist dabei, dass die Ausfällung von Kalk aus dem Trinkwasser bei Temperaturen oberhalb 55 °C deutlich zunimmt. Stärkere Ablagerungen sind jedoch in der Regel nur in verzinkten Stahlrohren zu erwarten, die heute nicht mehr für Trinkwasserinstallationen verwendet werden.

Energie sparen

Durch Reduzierung der Temperatur von Warmwasserspeichern kann der Energieverbrauch deutlich gesenkt werden. Direkt ersichtbare Nachteile ergeben sich dadurch in der Regel nicht, da dem Warmwasser in der Regel ohnehin Kaltwasser zugemischt wird. Als Brauchwassertemperatur beim Waschen genügen 45 °C. Je höher die Temperatur im Warmwasserspeicher ist, desto höher sind auch die Abstrahlverluste des Kessels (beispielsweise ist ein Wärmeverlust von 3 % von 75 °C mehr als 3 % von 45 °C). Es ist jedoch darauf zu achten, dass der Kessel mindestens einmal pro Woche auf über 60 °C erwärmt wird und mit diesem Heißwasser auch die Leitungen durchspült werden, um die Gefahr der Vermehrung gefährlicher Legionellen im Kessel und in den Leitungen zu vermindern.

Hingegen sind die Zirkulationspumpen in die Kritik geraten, weil sie bei nur mäßiger Wasserersparnis die Energiekosten überproportional erhöhen (rasche Abkühlung des in der Leitung zirkulierenden Warmwassers). Sie sind zur kurzfristigen Bereitstellung großer Mengen an Warmwasser, beispielsweise im Gastgewerbe, weiterhin empfehlenswert. Da ein Zirkulationssystem im Prinzip dieselbe Wirkung im Mauerwerk hat wie ein Heizungsrohr, ist es ersichtlich, dass damit außerhalb der Heizperiode das Mauerwerk unnötigerweise erwärmt und Energie verschwendet wird. Abhilfe dagegen schafft eine Schaltleitung, mit der (mithilfe eines manuell zu bedienenden Tasters oder an die Beleuchtung einer Nasszelle gekoppelt) die Umwälzpumpe für ein paar Minuten eingeschaltet wird, bevor man Duschen geht, bevor man das WC benutzt (um sich danach die Hände zu waschen) oder bevor man eine manuelle Abwäsche in der Küche beginnt. Eine brauchbare Alternative stellt ein „Zirkulationssystem ohne Zirkulationsleitung“ dar, bei dem eine bestehende Kaltwasserleitung als Rückflußleitung für die Zirkulation verwendet wird bis beim Zapfhahn die Warmwasser-Solltemperatur erreicht ist, dadurch wird halbwarmes Wasser nicht mehr in den Abfluss geleitet.

Durchlauferhitzer sparen da Energie ein, weil nur das Wasser erwärmt wird, das benötigt wird. Allerdings ist bei der Verwendung von Thermen, die in einem Kellerraum installiert sind, zu beachten, dass die Brennstoffverluste bei einzelnen Brennerstarts in Summe sehr hoch sein können (siehe dazu auch Jahresnutzungsgrad und Wirkungsgrad und Nutzungsgrad des Brennwertkessels).

Ansätze zur Reduktion des Heiz-Energie-Verbrauches für Warm- und Brauchwasser gab es schon zur Zeit der ersten Energiekrise in den 1970er Jahren. Die technische Entwicklung war allerdings noch nicht so weit fortgeschritten und der Markt für integrierte Lösungen zu klein. Wirklich erprobte Techniken der Solarenergie standen damals noch nicht zur Verfügung.

Wer damals – als sich der Ölpreis etwa verdreifachte – bereits einen Warmwasserspeicher hatte, konnte zumindest durch bessere Wärmedämmung, niedrigere Wassertemperatur und eine allfällige Nachtabsenkung des Heizsystems etwas Energie sparen. Heute gibt es dafür ausgeklügelte Steuerungen, die weit über Thermostate und Zeitschaltuhren hinausgehen und seit einigen Jahren digital, menügesteuert oder selbstoptimierend („Zirkomat“) sind. Dazu ist es nun möglich und wirtschaftlich, mit Abwasserwärmerückgewinnung einen bedeutenden Teil des Primärenergieverbrauchs für Warmwasser zu ersetzen.

Anschluss einer Geschirrspülmaschine an eine Warmwasserleitung

Ob der Anschluss nur an das Warmwassernetz zur Energieeinsparung dient, muss von Fall zu Fall entschieden werden. Die Ersparnis in Deutschland per 2008 im Falle einer Warmwassererzeugung mit Gas oder Öl wurde mit rund 16 Euro im Jahr errechnet, wenn die Maschine fünfmal pro Woche eingeschaltet wird.

Vorteilhaft neben der Einsparung von elektrischer Energie wäre, dass Warmwasser (oberhalb etwa 55 °C) einen geringeren Kalkgehalt hat, da der Kalk bereits bei der Erhitzung ausgefallen ist oder sich abgeschieden hat.

Dagegen spricht:

• Das Wasser wird nur im Hauptwaschgang elektrisch aufgeheizt, das folgende (mehrmalige?) Spülen sowie Vorspülgang und Regeneriervorgang werden ansonsten kalt durchgeführt, was bei Verwendung von Warmwasser zu einem erhöhten Energieverbrauch führen kann.
• Enzyme zum Lösen von Stärke und Eiweißresten, wie sie in vielen Maschinengeschirrspülmitteln enthalten sind, wirken nur bei niedrigen Wassertemperaturen.
• Die Laufzeit eines Programms kann sich um 10 bis 30 Minuten verkürzen, was sich auf die Reinigungsleistung auswirken kann.
• Rund die Hälfte der Energie wird zur Erwärmung der Maschinenteile und des Geschirrs verbraucht. Dies führt zur Abkühlung des Warmwassers, das dann wieder elektrisch bis zur programmierten Waschtemperatur nachgeheizt werden muss.
• Warmes Wasser fließt nur zu, wenn es tatsächlich in der Leitung warm ist. Dies ist meist nur aufgrund einer Zirkulationsleitung möglich, die ihrerseits (wenn sie dauernd in Betrieb ist) als Wärmeverlustquelle gilt.
• Bei Anschluss ans Warmwasser erlischt bei manchen Herstellern der Anspruch auf Garantie.

Siehe auch

• Küche, Badekultur, Sonnenstrahlung, Fernwärme
• Komfort versus Energieeinsparung, Betriebswasser, Umwälzpumpe (Heiztechnik), Abwasserwärmerückgewinnung
• Wasseraufbereitung, Wasserverteilungssystem, Umweltschutz

Weblinks

• Energietechnische Prüfverfahren für Wassererwärmer und -Speicher, Umweltdepartement Bern
• Solaranlagen zur Warmwassererzeugung – statistische Zahlen und Grafiken
• Warmwasserkosten senken - Bericht bei energieportal24.de