Boiler

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Dieser Artikel beschreibt fest installierte Haushaltsgeräte mit integriertem Speicher zur Erzeugung von warmem/heißem Brauchwasser. Für die im Englischen als boiler bezeichneten Geräte siehe Dampfkessel; für vergleichbare speicherlose Geräte siehe Durchlauferhitzer.
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Einfacher, brenngasbetriebener Warmwasserbereiter für Warmwasser um 60 °C. Konstruktion abgeleitet von einem Badeofen

Ein Speichererhitzer, Warmwasserspeicher, Heißwasserspeicher etc., oft auch nur kurz Speicher (Hängespeicher, Kleinspeicher, Unter-Tisch-Speicher etc.) bezeichnet im Haushalt ein fest installiertes Gerät zur Erzeugung von warmem/heißem Wasser (einstellbar bis fast 100 °C). Speicher sind ständig gefüllt, werden durchgehend beheizt und sind wärmegedämmt.
Boiler bezeichnet Geräte, die für den Augenblick der Heißwasserentnahme befüllt und beheizt werden und deshalb nicht wärmegedämmt sind. Beispiele sind Badeöfen und Kochendwassergeräte.

Ebenfalls in Umlauf, aber unklar sind die Begriffe Heißwasser(auf)bereiter und Warmwasser(auf)bereiter.

Alle Geräte können bei großer Anschlussleistung in kurzer Zeit große Wassermengen bereitstellen.


Anwendung[Bearbeiten]

Kleine, überwiegend elektrisch beheizte Warmwasserspeicher mit 5 bis 15 Litern Inhalt werden vor allem für die Warmwasserversorgung bei Spülbecken und Waschbecken eingesetzt, wenn eine zentrale Warmwasserversorgung nicht vorhanden ist oder sich der Anschluss an diese nicht lohnt. Dies kann der Fall sein, wenn die Wasserentnahmestelle weit abseits oder in selten genutzten Räumen liegt und es energetisch ungünstig erscheint oder bei länger andauernden niederen Temperaturen hygienisch problematisch ist (Legionellen). Ausführungen gibt es für Unter-Tisch- oder Wandmontage, die Anschlussleistung beträgt meist 2.000 Watt. Kleine gasbetriebene Boiler gibt es auch für Wohnmobile und Campingwagen; bei heute üblichen Geräten meist mit einer Warmluft-Gebläseheizung kombiniert.[1]

Mittelgroße Boiler mit 70 bis 200 l werden oft für die Warmwasserversorgung einer Wohneinheit verwendet. Bei einer Aufheiztemperatur von 60° bis 80° kann ein Boiler mit 80 l durch Zumischung von Kaltwasser für eine angenehme Temperatur schon für die Füllung einer Badewanne ausreichen. Sie sind häufig in vollelektrifizierten Wohnungen und Häusern zu finden. Bei ausreichender Dimensionierung genügt eine einmalige Aufheizung pro Tag. Dies kann mit Niedertarifstrom (Nachtstrom) relativ günstig geschehen. Ausgeführt sind sie für Wandmontage, als Standgeräte oder Liegespeicher. Seit einiger Zeit gibt es auch Flachspeicher mit geringer Bautiefe, deren Kessel aus einem gestauchten Rohrring besteht.[2] Die elektrische Anschlussleistung beträgt meist 2.000 bis 4.000 Watt. In dieser Größenordnung gibt es auch einige Modelle mit Gasbetrieb.

Seltener sind noch größere Speicher mit einigen hundert bis mehreren tausend Litern in Kellern von Ein- und Mehrfamilienhäusern. Sie werden meist nur mit Nachtstrom oder bivalenter Beheizung betrieben.

Bei elektrisch beheizten Warmwasserspeichern sind die Investitionskosten relativ gering, dafür die Betriebskosten höher. Bei Anlagen für einzelne Wohnungseinheiten entfällt eine aufwendige Kostenverteilung nach Verbrauch. Die Aufheiztemperatur liegt meist bei 60° bis 82°, seltener bis 95°. Sie wird je nach benötigter Heißwassermenge meist fix eingestellt. Wird die Temperatur erhöht, so kann mit dem gleichen Boilerinhalt über Zumischung von mehr kaltem Wasser in der Mischarmatur länger handwarmes Wasser entnommen werden. Man kann auch geringere Temperaturen einstellen, was die über die Geräteisolierung abgegebene Verlustleistung verringert. Bei länger andauernden Temperaturen unter 50 °C können sich jedoch auch gesundheitsgefährdende Legionellen vermehren. Diese können vor allem durch fein versprühte Wassertropfen beim Duschen in die Lunge gelangen. So ist nach dem DVGW Arbeitsblatt W 551 vom April 2004 eine Temperatur von mindestens 60° bei Warmwassererzeugungsanlagen vorgesehen. Es gibt auch Legionellenschaltungen, bei denen einmal wöchentlich bis mehrmals täglich die Speichertemperatur kurzzeitig angehoben wird.

Im Unterschied zu Boilern verwenden reine Wärmespeicher (Warmwasserspeicher) Energie aus externen Wärmequellen. Es gibt auch kombinierte Systeme, die mit bivalenter Beheizung arbeiten, also einer externen Quelle und einem Elektro-Heizeinsatz. So gibt es beispielsweise bei Sonnenkollektoren trotz unzureichender Sonneneinstrahlung warmes Wasser oder wenn mehr Warmwasser verbraucht wird, als die Wärmepumpe leistet, es entfallen die Bereitschaftsverluste des Heizkessels außerhalb der Heizperiode und ein Holzkessel muss nicht extra angeheizt werden.

Durchlauferhitzer speichern dagegen kein Warmwasser. Sie werden mitunter trotzdem als Boiler bezeichnet. Elektrische Klein-Durchlauferhitzer für Waschbecken können jedoch wegen der höheren Leistungsaufnahme für die kurzzeitige Erwärmung der Wassermengen im Altbau nicht ohne weiters angeschlossen werden. Kleine Gasgeräte arbeiten meist nach diesem Prinzip, genauso wie Kombithermen, die nur einen kleinen, nicht isolierten Wasserspeicher haben.

Beheizung[Bearbeiten]

Kleine Warmwasserspeicher werden meist elektrisch beheizt, früher auch mit Gas; größere Speicher meist ebenfalls mit Strom oder Gas, früher auch mit Festbrennstoffen (Badeofen). Neuere Modelle verfügen über einen Heizeinsatz für die zusätzliche Beheizung durch Sonnenenergie oder einer Wärmepumpe.

Aufbau[Bearbeiten]

Im elektrisch beheizten Warmwasserspeicher befindet sich ein elektrisches Heizelement. Es besteht aus einem Heizleiter (Widerstandsdraht) in einem schützenden, korrosionsbeständigen Metallrohr. Neben dem Heizelement befindet sich das Fühlrohr eines temperaturgesteuerten Schalters zur Temperaturregelung. Dessen Sollwert kann mit einem Drehknopf verstellt werden. Der Schalter ist meist ein elektromechanisches System, bei dem die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten verschiedener Materialien (z. B. Glasstab in einem Metallrohr) zusammen mit einem Sprungschalter ausgenutzt werden. Oft wird auch eine Flüssigkeit verwendet, die über ein Rohr auf eine Membran arbeitet. Zusätzlich befindet sich in der Nähe des Heizelementes ein Temperaturschalter, der bei Versagen des Reglers Brand und Zerstörung vermeidet. Diese thermische Sicherung ist rücksetzbar oder sie muss nach dem Ansprechen ausgetauscht werden.

Temperatursensor und Heizelement befinden sich in einem Gefäß aus Kupfer, Kunststoff oder – bei Druckboilern – aus Edelstahlblech, aus verzinktem Stahlblech (zum Korrosionsschutz mit einer Opferanode aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung ausgestattet) oder aus emailliertem Stahlblech.

Das kalte Leitungswasser wird unten in das Gefäß eingeleitet; das heiße Wasser wird im oberen Bereich des Gefäßes entnommen. Das ist erforderlich, da sich das warme Wasser aufgrund seines geringeren spezifischen Gewichtes immer oben sammelt und dort entnommen werden kann. Die Rohre sind außen farblich (blau für den Zulauf und rot für den Ablauf) oder mit Pfeilen entsprechend gekennzeichnet.

Moderne Warmwasserspeicher verfügen fast immer über eine Wärmedämmung.

Es gibt zwei grundlegend verschiedene Warmwasserspeicher-Bauarten:

Geschlossene oder druckfeste Warmwasserspeicher[Bearbeiten]

Ein Warmwasserspeicher mit geschlossenem System hat starke Wände und hält dem Leitungsdruck von bis zu 10 bar problemlos stand. Im ungünstigsten Fall steht er ständig unter diesem Druck. Um zu verhindern, dass heißes Wasser in die Versorgungsleitung zurückströmt, müssen diese Speicher mit einem Rückschlagventil installiert werden. Zum Schutz vor Überdruck durch die Erwärmung und als Auslauf für das sich bei der Erwärmung ausdehnende Wasser muss daher ein Sicherheitsventil angebracht sein, das bei Aufheizung stetig tropft und direkt in das Abwasser abgeführt werden muss. Das klassische Fassungsvermögen dieser Bauart liegt bei 30 bis 120 Liter. Ein druckfester Verdrängungs-Warmwasserspeicher ist teurer als ein druckloser 5-Liter-Verdrängungs-Warmwasserspeicher. Anwendung findet er z. B. im Bad nach preiswerten Altbau-Sanierungen als Gruppenversorgung für mehrere Zapfstellen oder für die zentrale Wohnungs-Warmwasserquelle.

Offene oder drucklose Warmwasserspeicher (Niederdrucksystem)[Bearbeiten]

Diese etwa 5 bis 15 Liter fassenden Speicher versorgen meist ein Objekt (Einzelversorgung): Öffnet man den Warmwasserhahn der Mischbatterie, so wird in den Bodenbereich des Warmwasserbehälters kaltes Wasser eingeleitet, sodass das im Behälter befindliche heiße Wasser nach oben aus dem Behälter (= drucklose Verdrängung) zum dauernd offenen Auslauf der Mischbatterie hinausgedrückt wird. Solche Mischbatterien sind sogenannte Niederdruck-Mischbatterien und haben stets drei Anschlussschläuche. Sie sind zum Betrieb eines solchen drucklosen Warmwasserbereiters zwingend erforderlich.

Es gibt drucklosen Warmwasserspeicher für Montage oberhalb oder unterhalb der Entnahmestelle (Mischbatterie). Sie werden als Oberbau- bzw. Unterbauwarmwasserbereiter bezeichnet. Es gibt sie auch in größeren Ausführungen zur Versorgung eines Badezimmers. Drucklose Warmwasserbereiter sind relativ einfach aufgebaut und preiswert, da sie nicht dem Wasserdruck der Wasserleitung (bis ca. 10 bar) ausgesetzt sind.

Da sich Wasser beim Erhitzen ausdehnt, darf die Verbindung zwischen Auslauf und Warmwasserbereiter nicht abgesperrt werden. Heizt der Warmwasserbereiter das Wasser auf Zieltemperatur auf, so dehnt sich dieses aus. Dadurch treten kleine Wassermengen über den – wie oben erwähnt dauernd offenen – Auslauf der Mischbatterie aus. Das Tropfen der Wasserhähne an offenen Speichern ist systemimmanent — es stellt keinen Defekt dar und kann nicht durch festeres Zudrehen verhindert werden.

Spezialbauarten, die das Ausdehnungswasser in einem Ausdehnungsgefäß des Warmwasserbereiters aufnehmen, verhindern störendes Tropfen und die oft damit verbundenen Rost- und Kalkflecken im Spülbecken, die durch eine Fällungsreaktion des Luftsauerstoffs mit dem im Warmwasser gelösten Eisen und Mangan entstehen.

Kalkablagerungen entstehen hauptsächlich bei kohlensäurehaltigen Wässern.

Calciumhydrogencarbonat → Wasser + Kohlendioxid + Calciumcarbonat
Ca(HCO3)2 (Kalk; gelöst) → H2O + CO2 (entweicht) + CaCO3 (Kesselstein)

In drucklosen Warmwasserbereitern sammelt sich das Kohlendioxid oben im Behälter und erklärt das Entweichen von Gas bei Warmwasserentnahme nach längerer Nichtbenutzung.

Kochendwassergerät (Boiler)[Bearbeiten]

Kochendwassergerät

Eine Sonderform des drucklosen Systems stellt das Kochendwassergerät dar. Es ist nicht dafür gebaut, warmes Wasser zu speichern, sondern das Wasser wird erst kurz vor Gebrauch darin erhitzt. Daher ist es nicht gegen Wärmeverluste isoliert und gilt nicht als Speicher. Anders als Speichergeräte ist es für den diskontinuierlichen Betrieb gebaut, da es stets neu befüllt und erwärmt werden muss, während ein Speicher durchgehend ganz mit Wasser gefüllt und ständig beheizt bleibt.

Effizienz[Bearbeiten]

Elektrisch betriebene Warmwasserspeicher nutzen bei der Erwärmung nahezu 100 % der elektrischen Leistung aus. Verluste entstehen durch den Wärmeübergang durch die thermische Isolierung. Außerdem muss bei der Beurteilung der Effizienz von strombetriebenen Warmwasserboilern berücksichtigt werden, dass die Stromerzeugung je nach Kraftwerkstyp einen unterschiedlichen Wirkungsgrad aufweist, in Deutschland liegt dieser bei etwa 30 %. Selbst bei einem höheren Wirkungsgrad ist kritisch zu hinterfragen, den aufwendig produzierten und verteilten elektrischen Strom in das Vorhalten von warmem Wasser über lange Zeiträume zu verwenden. Aus hygienischen Gründen scheidet eine unter 60 °C reduzierte Betriebstemperatur zur Energieeinsparung bei geringem Wasserverbrauch meistens aus, da sich andernfalls Mikroorganismen und Bakterien (z. B. Legionellen) im Warmwasserspeicher sehr schnell vermehren können.

Die Warmwassererzeugung mittels Elektroenergie ist um ein Vielfaches teurer als bei anderen Verfahren (Fernwärme, Öl, Gas, Biomasse). Daher eignen sich elektrische Warmwasserbereiter nur auf Grund der geringeren Installationskosten und den räumlich begrenzten Wärmeverlusten gegenüber weit entfernten Warmwasserzapfstellen.

Bei seltener Benutzung, aber dauernder Bereitschaft sind die Wärmeverluste erheblich; sie betragen je nach Qualität, Temperatur und Baugröße ca. 10–50 Watt und entsprechen der zum Aufrechterhalten der Temperatur erforderlichen mittleren elektrischen Leistung. Die Stromkosten bei Dauerbetrieb liegen somit zwischen typischen Standby-Leistungen anderer Verbraucher und denjenigen eines Kühlgerätes. Es ist durchaus lohnend, selten genutzte Warmwasserspeicher bei Nichtbenutzung (Feierabend, Urlaub etc.) abzuschalten, den Temperatursollwert zu reduzieren (sofern bakteriologisch unproblematisch) oder auch bei seltener, aber zeitlich bestimmbarer, wiederholender Nutzung durch eine Zeitschaltuhr zu schalten.

Durch die im Betrieb entstehende Ablagerung von Kalk reduziert sich die Leistungsfähigkeit der Boiler. Der Wärmeübergang vom Heizmedium zum Brauchwasser wird durch den Kalk behindert. Durch regelmäßiges Entkalken können messbare Effizienzsteigerungen erzielt werden.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Andreas Weingand: ABC rund ums Wohnmobil: Wohnmobiltechnik verständlich erklärt, 5. Ausgabe, BoD – Books on Demand, 2012, ISBN 9783837037364 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche)
  2. Hängespeicher - Komfort-Flachspeicher, Austria Email

Weblinks[Bearbeiten]

 Wiktionary: Boiler – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Commons: Boiler – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien