Warmwasserbereitung in Wärmenetzen

Die Warmwasserbereitung ist die einzige ganzjährige thermische Last in Wärmenetzen und prägt in den Sommermonaten den gesamten Wärmebedarf. Drei Systeme stehen zur Verfügung: Frischwasserstationen erzielen die tiefsten Rücklauftemperaturen (< 30 °C) bei geringstem Legionellenrisiko, Speicher mit externem Wärmeübertrager erreichen < 35 °C, und Speicher mit internem Wärmeübertrager liegen bei ca. 45 °C Rücklauf. Die Wahl des Systems beeinflusst die erforderliche Anschlussleistung, die Rücklauftemperatur und damit die Gesamteffizienz des Netzes maßgeblich.

Varianten der Warmwasserbereitung

Durchflusswassererwärmer (Frischwasserstation)

Bei der Frischwasserstation wird das Trinkwasser im Durchflussprinzip über einen Plattenwärmeübertrager erwärmt. Es erfolgt keine Bevorratung von warmem Trinkwasser — das Warmwasser wird direkt zum Bedarfszeitpunkt erzeugt.

Vorteile:

• Tiefe primärseitige Rücklauftemperatur (< 30 °C), da das Kaltwasser den Wärmeübertrager mit ca. 10 °C durchströmt
• Geringer Platzbedarf, da kein Speicherbehälter erforderlich
• Verminderte Legionellenproblematik, da kein stehendes Warmwasser vorhanden ist

Nachteile:

• Hohe Anschlussleistung erforderlich, da der gesamte Zapfbedarf in Echtzeit gedeckt werden muss
• Empfindlich gegenüber Kalkablagerungen und Verunreinigungen im Trinkwasser, die den Wärmeübertrager zusetzen können
• Gute und schnelle Regelung der Primärseite nötig, um stabile Warmwassertemperaturen bei wechselnden Zapfmengen sicherzustellen

Speicherwassererwärmer mit internem Wärmeübertrager

Beim Speicherwassererwärmer mit internem Wärmeübertrager befinden sich Heizflächen (Rohrschlangen oder Rippenrohrregister) direkt im Speicherbehälter. Das Trinkwasser wird erwärmt und im Behälter bis zur Entnahme gespeichert.

Vorteile:

• Hohe Zapfmenge verfügbar, da der Speicher als Puffer dient
• Geringe Anforderungen an die Regelung — das System ist träge und tolerant gegenüber Schwankungen

Nachteile:

• Ansteigende primärseitige Rücklauftemperatur beim Laden, da die Temperatur im Speicher kontinuierlich steigt (typisch bis ca. 45 °C)
• Wärmeverluste des Speichers durch Abstrahlung an die Umgebung
• Nicht ideal für Zirkulation, da die Zirkulationsrücklauftemperatur die Rücklauftemperatur im Netz weiter anhebt

Warmwasserspeicher mit externem Wärmeübertrager

Diese Variante kombiniert das Durchfluss- und Speicherprinzip: Ein externer Plattenwärmeübertrager erwärmt das Trinkwasser, eine Ladepumpe auf der Sekundärseite fördert das erwärmte Wasser in den Speicher. Das Kaltwasser wird aus dem unteren Bereich des Speichers entnommen und über den Wärmeübertrager im Durchfluss aufgeheizt.

Vorteile:

• Tiefe primärseitige Rücklauftemperatur (< 35 °C), da der Wärmeübertrager im Gegenstrom arbeitet und das Kaltwasser aus der kalten Speicherzone zuströmt
• Hohe Zapfmenge durch den Speicher als Puffer
• Hoher Nutzungsgrad durch gute Schichtung im Speicher

Nachteile:

• Zusätzliche Regelung und Ladepumpe erforderlich
• Wärmeverluste des Speichers an die Umgebung
• Höherer Installationsaufwand gegenüber der rein internen Lösung

Vergleichstabelle

Vorrang der Warmwassererwärmung

Die Vorrangschaltung bestimmt, wie die verfügbare Anschlussleistung zwischen Warmwasserbereitung und Raumheizung aufgeteilt wird. Sie beeinflusst damit direkt die erforderliche Anschlussleistung der Übergabestation.

Kein Vorrang (Parallelbetrieb)

Warmwasserbereitung und Heizkreis werden gleichzeitig und unabhängig voneinander betrieben. Die Anschlussleistung ergibt sich als Summe beider Einzelleistungen:

$\dot{Q}_{\text{Anschluss}} = \dot{Q}_{\text{Heizung}} + \dot{Q}_{\text{WW}}$

Diese Variante erfordert die größte Anschlussleistung, bietet aber maximalen Komfort, da keine gegenseitige Beeinflussung stattfindet.

Absoluter Vorrang (Boilervorrangschaltung)

Während der Warmwasserbereitung wird der Heizkreis vollständig abgeschaltet. Die Anschlussleistung entspricht dem höheren der beiden Einzelwerte:

$\dot{Q}_{\text{Anschluss}} = \max(\dot{Q}_{\text{Heizung}}, \dot{Q}_{\text{WW}})$

Dies ist die häufigste Variante bei Eigenheimen. Da die Speicherladezeiten kurz sind (typisch 20 bis 40 Minuten), bleibt der Komfortverlust bei der Raumheizung gering. Die Anschlussleistung und damit die Dimensionierung der Übergabestation werden erheblich reduziert.

Reduzierter Heizbetrieb

Der Heizkreis wird während der Warmwasserbereitung nicht abgeschaltet, sondern auf eine Nichtnutzungstemperatur abgesenkt (z. B. Absenkbetrieb). Die Warmwasserbereitung hat Priorität; es ist mindestens ein Regelventil erforderlich, das den Heizkreis drosselt. Diese Variante stellt einen Kompromiss zwischen Komfort und Anschlussleistung dar.

Legionellenschutz

Legionellen sind stäbchenförmige Bakterien, die sich im Temperaturbereich von 25 bis 45 °C in stehendem Wasser vermehren. Das Vermehrungsoptimum liegt bei ca. 37 °C. In Trinkwarmwassersystemen stellen sie ein gesundheitliches Risiko dar, insbesondere bei Inhalation von Aerosolen (z. B. beim Duschen).

Die Norm SIA 385/1 definiert folgende Anforderungen:

• Die Ausstoßtemperatur an der Entnahmestelle muss nach dem 7-fachen Ausstoßvolumen mindestens 50 °C betragen
• In warmgehaltenen Leitungen (Zirkulationsleitungen) muss die Wassertemperatur stets mindestens 55 °C betragen
• Es dürfen keine Wassertemperaturen im Bereich 25 bis 45 °C dauerhaft im System vorherrschen

Als zusätzliche Maßnahme kann eine thermische Desinfektion durchgeführt werden, bei der das gesamte Warmwassersystem periodisch auf mindestens 60 °C aufgeheizt wird. Dies erfordert, dass das Wärmenetz die entsprechende Netztemperatur bereitstellen kann — ein Aspekt, der bei der Netzplanung berücksichtigt werden muss.

Frischwasserstationen haben hier einen systemischen Vorteil: Da kein Warmwasser bevorratet wird, entfällt das Risiko stehender Wasservolumina im kritischen Temperaturbereich.

Kaltwasser-Vorwärmung

Ein zusätzlicher Wärmeübertrager auf der Kaltwasserseite kann das Kaltwasser mithilfe des primärseitigen Rücklaufs vorwärmen. Das Prinzip: Bevor das Kaltwasser in den eigentlichen Warmwasserbereiter gelangt, durchströmt es einen Vorwärme-Wärmeübertrager, der die Restwärme des Netzrücklaufs nutzt.

Dieser Ansatz senkt die primäre Rücklauftemperatur zusätzlich, da dem Rücklauf weitere Wärme entzogen wird. Gleichzeitig sinkt der Energiebedarf für die eigentliche Warmwasserbereitung, da das Kaltwasser bereits vorgewärmt eintritt. Die Kaltwasser-Vorwärmung ist bei allen drei Varianten der Warmwassererzeugung anwendbar und besonders wirkungsvoll, wenn die Rücklauftemperatur des Heizkreises noch deutlich über der Kaltwassertemperatur liegt.

Fazit

Die Wahl der Warmwasserbereitung beeinflusst direkt die Rücklauftemperatur und damit die Gesamteffizienz des Wärmenetzes. Frischwasserstationen erzielen die tiefsten Rücklauftemperaturen (< 30 °C) und minimieren das Legionellenrisiko, erfordern jedoch eine höhere Anschlussleistung und eine präzise Regelung. Speicherlösungen mit externem Wärmeübertrager bieten einen guten Kompromiss aus tiefer Rücklauftemperatur und hoher Zapfleistung. Die Vorrangschaltung bestimmt die erforderliche Anschlussleistung und sollte bei der Dimensionierung der Übergabestation sorgfältig gewählt werden. In VICUS Districts lassen sich die verschiedenen Varianten der Warmwasserbereitung samt Vorrangschaltung direkt in der Übergabestation konfigurieren und deren Auswirkung auf Rücklauftemperatur und Netzeffizienz simulieren.

Weiterführende Artikel: Übergabestationen beschreibt den vollständigen Aufbau und die Dimensionierung der Hausübergabestation, Netztemperaturen erläutert, welche Vorlauftemperaturen für die verschiedenen Warmwasserbereitungsvarianten erforderlich sind, und Hydraulische Grundschaltungen zeigt die hydraulische Einbindung der Warmwasserbereitung in den Sekundärkreis.

Quellen und Normen

• VDI 6003 — Trinkwassererwärmungsanlagen — Komfortkriterien und Bemessungsgrundlagen
• DVGW W 551 — Technische Maßnahmen zur Verminderung des Legionellenwachstums in Trinkwasser-Installationen
• DIN 1988-200 — Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen — Planung, Bauteile, Apparate, Werkstoffe