Warmes Wasser zu jeder Zeit- Zirkulation

Sie kennen das Problem: Man dreht den Warmwasserhahn auf und statt des erwarteten warmen Wassers kommt einige Sekunden, manchmal Minuten, nur kaltes Wasser. Sie ärgern sich über das weglaufende, ungenutzte Wasser, und es kommt Ihnen so vor, als wären es etliche Liter. Die Ursache ist klar: Liegen die Wasserhähne relativ weit vom Warmwasserspeicher einer Zentralheizungsanlage entfernt, kühlt das in den Verbindungsleitungen stehende Warmwasser zwischen zwei Entnahmen mehr oder weniger ab. Dieses abgekühlte Wasser muss erst aus der Leitung verdrängt werden, ehe warmes Wasser nach fließen kann. Wie viel Wasser weglaufen muss, hängt von der Länge und dem Rohrinnendurchmesser.

Außerdem wird das nachströmende warme Wasser auch das Rohr erwärmen, so dass noch eine Materialabhängigkeit hinzukommt. Während Kupferrohr viel Wärme entzieht, ist der Einfluss von Kunststoffrohren geringer. Möglichkeiten, diese Probleme zu umgehen oder zu beseitigen, bestehen

• im Einbau einer Zirkulationsleitung mit Pumpe;
• im Anbringen einer elektrischen Begleitheizung;
• im Einbau von elektrischen Nacherwärmungsgeräten (ähnlich einem Durchlauferhitzer);
• im Einbau von Heizgerät und Warmwasserspeicher bzw. Durchlauferhitzer in den beheizten Bereich des Hauses, z.B. im Bad
• in der Konzentration der Zapfstellen nahe dem Warmwasserbereiter und dem Einzelanschluss der Zapfstellen vom Speicher (d.h. strahlenförmige Verrohrung der Warmwasserleitungen bei geringem Querschnitt);
• in der Dezentralisierung (Warmwasserbereiter direkt an den Zapfstellen).

Von Anfang an lässt sich durch gute Planung der Einbau der einen oder anderen Zusatzeinrichtung vermeiden. Denn alle Hilfsmittel verursachen einen mehr oder weniger großen finanziellen Aufwand bei der Anschaffung und während des Betriebes. Ich empfehle die entsprechende haustechnische Planung zu einem sehr frühen Zeitpunkt zu beginnen. Bereits bei der Raumzuordnung, also der Grundrissplanung bei einem Neubau, ist der Aufstellort eines Warmwasserspeichers von möglichst kurzen Rohrleitungen abhängig zu machen. Dabei sind zu den Wasserhähnen "Küche" und "Zähneputzen" die kürzesten Rohrleitungen vorzusehen. Ist die Raumanordnung im Bestand nicht veränderbar oder ergibt sich aus der Architektur des Hauses keine sinnvolle Zuordnung, prüft man zunächst, ob es möglich ist, eine Zirkulation mit Leitung und Pumpe einzubauen.

#Zirkulationseinrichtung mit Pumpe

Eine Zirkulationspumpe und eine Zirkulationsleitung sorgen dafür, dass warmes Wasser an den Zapfstellen zur Zeit des Pumpenbetriebes ohne nennenswerte Wartezeit verfügbar ist. Dazu wird eine Rohrleitung vom entferntesten Punkt des Warmwasserstranges zum Speicher zurückgeführt. Warmes Wasser wird nun mittels einer Umwälzpumpe im Kreislauf gehalten und so dem Speicher immer wieder abgekühltes Wasser zugeführt. Heißes Wasser aus dem Speicher strömt in der Warmwasserleitung nach und fließt an den meist kurzen Abzweigen zur Dusche, dem Waschbecken, der Küchenspüle usw. vorbei. Während des Pumpenbetriebes weist das Wasser im gesamten Netz annähernd die gleiche Temperatur wie im Speicher auf. Wird ein Warmwasserhahn geöffnet, steht unmittelbar nach Abfluss der geringen, abgekühlten Wassermenge zwischen Leitungsabzweig und Hahn sofort warmes Wasser zur Verfügung.

Vor allem in größeren Warmwassernetzen (Mehrfamilienhäuser, Hotellerie, Krankenhäuser, Schulen) hat die Zirkulationseinrichtung noch eine andere Funktion. Mit ihrer Hilfe wird ein großer Teil des Warmwassernetzes auf hohem Temperaturniveau gehalten, womit eine thermische Desinfektion (Legionellen) verbunden ist.

Voraussetzung für den Einsatz einer Zirkulationseinrichtung (Zirkulationsleistung plus Pumpe) ist eine zentrale Warmwasserbereitung mit einem Speicher. In zentralen Warmwassernetzen mit Durchlauferhitzern ist der Einsatz von Zirkulationseinrichtungen nicht möglich. Eine Ausnahme bilden Durchlauferhitzersysteme, die mittels Wärmetauscher auf den Wärmevorrat eines Pufferspeichers zurückgreifen.

Während früher für den Umtrieb des Warmwassers das Schwerkraftprinzip genutzt wurde, hält heute eine Umwälzpumpe die Zirkulation in Gang.

#Zeitsteuerung

Diese Zirkulationspumpe verursacht je nach Anschlussleistung im Dauerbetrieb einen nicht zu vernachlässigenden Elektro-Energieverbrauch. Bei einer Einschaltdauer von täglich 24 Stunden und einer Pumpenleistung von 30 Watt (älteres Modell) ergibt sich ein jährlicher Elektroenergieverbrauch von (24h mal 30Watt mal 365 Tagen) 263 kWh (kiloWattstunden). Entsprechender Verschleiß der Pumpe kommt hinzu. Moderne Hocheffizienzpumpen sind für Leistungen unter 10 Watt, zum Teil mit automatischer Leistungsanpassung, zu haben, was bei einem hydraulisch gut abgestimmten Rohrsystem für Warmwasser im Ein-/Zweifamilienhaus völlig ausreicht.

Die Reduzierung der Laufzeit, besonders einer älteren Zirkulationspumpe, beeinflusst den Jahresstromverbrauch erheblich. Beschränken Sie daher die Laufzeit der Pumpe in der Heizungsregelung oder mit Hilfe einer elektronischen oder mechanischen Schaltuhr auf jene Zeiten des Tages, in denen üblicherweise Warmwasser benötigt wird - also z.B. von 6 bis 8 Uhr, 11 bis 13 Uhr und 18 bis 20 Uhr. Statt 24 Stunden läuft die Pumpe, wie im Beispiel angegeben, nur etwa 6 Stunden. Dadurch werden 75 % der Elektroenergiekosten für die Pumpe eingespart.

Diese Möglichkeit zum Energiesparen ist aber nicht nur empfehlenswert, sondern sogar gesetzlich vorgeschrieben. Bei recht eindeutigen Nutzungszeiten für Warmwasser innerhalb des Haushaltes kann man die Einschaltdauer der Pumpe noch weiter reduzieren. Der Einbau einer Zeitschaltuhr ist einfach und preiswert. Die Kosten einer einfachen digitalen Zeitschaltuhr liegen bei etwa 10 bis 20 €. Jede bestehende Anlage ist nachrüstbar. Zeitschaltuhren benötigen nur eine sehr geringe zusätzliche Elektro-Energiemenge. Wird eine Zirkulationseinrichtung modernisiert, sollte eine so genannte Hocheffizienzpumpe mit integrierter Zeitschaltuhr eingesetzt werden. Moderne Heizungsregelungen bieten den Komfort einer Programmierung der Laufzeit der Zirkulationspumpe meist ebenfalls. Für Mehrfamilienhäuser ist der Einbau einer Zeitschaltuhr allerdings nur bedingt geeignet, da man die Mieter nicht auf bestimmte Warmwassernutzungszeiten verpflichten kann. Eine energiesparende Nachtabschaltung, z.B. zwischen 23 Uhr und 5 Uhr, ist aber nach gemeinsamer Abstimmung sicher möglich.

#Wärmedämmung

Warmwassernetze mit Zirkulation verursachen trotz guter Dämmung aller warmwasserführenden Rohre spürbare Wärmeverluste. Diese Abwärme kommt in der Heizzeit zwar dem Gebäude und damit den Nutzern zu Gute, selten aber dem Ort, an dem man gerade Wärme benötigt. Dies spielt insbesondere im gut gedämmten Niedrigenergiehaus eine Rolle. Hier erhöht bereits geringe zusätzliche Fremdwärme die Raumtemperatur, obwohl Sie dies ja gar nicht unbedingt wünschen. Eine ausreichende Dämmstoffstärke und die sorgfältige Verlegung der Dämmstoffe spielt also ein wichtige Rolle. Besonders wichtig ist es, jene Rohrleitungen sorgfältig zu dämmen, die den Zirkulationskreislauf bilden. Hierfür sollte eine Dämmstoffstärke gewählt werden, die mindestens dem Rohrdurchmesser entspricht. Als Material kommen schrumpffreie Dämmschalen aus PU-Schaum oder Mineralwolle in Frage. Auch Kautschuk- und PE-Schaum sind gut verwendbar, wenn die Materialien längs auf Druck verlegt werden, um den Schrumpfvorgängen entgegen zu wirken. Es ist ratsam in nicht zugänglichen Bereichen Materialien einzusetzen, die nicht schrumpfen. Neben den Rohrleitungen sind auch Pumpen, Schieber, Rohrschellen u.ä. sorgfältig zu dämmen.

#Temperatursteuerung

Bei der temperaturabhängigen Steuerung einer Zirkulationseinrichtung wird die Zirkulationspumpe nicht zeitabhängig, sondern dann eingeschaltet, wenn die Temperatur in der Zirkulationsleitung - durch die Wärmeverluste bedingt - unter einen bestimmten Wert sinkt. Diese Art der Regelung eignet sich für größere Wohnhäuser mit mehreren Wohnungen, wo eine zeitliche Vorgabe der Pumpeneinschaltzeit nicht bzw. kaum möglich ist. Bei dieser Lösung sollte geprüft werden, ob eine generelle Abschaltung in den Nachtstunden möglich ist. Der Elektro-Energieverbrauch für die Zirkulationspumpe ist deutlich höher als bei der Kurzzeitprogrammierung.

#Anforderungssteuerung

Die wohl eleganteste und energiesparendste Lösung wählen Sie, wenn die Zirkulationseinrichtung auf Anforderung bzw. nach Bedarf eingeschaltet werden kann. Sie betätigen dazu eine Drucktaste ähnlich einem Lichtschalter, wenn Sie warmes Wasser benötigen. Mit der Betätigung der Taste, die sich z.B. neben dem Warmwasserhahn oder am Raumeingang befindet, wird die Zirkulationspumpe in Betrieb genommen. Sie fördert das abgekühlte Wasser aus der Warmwasserleitung über die Rückführung in den Speicher, so dass warmes Wasser nachfließen kann. Nach kurzer Wartezeit kann an jeder Stelle im Haus ein Hahn geöffnet werden, an dem verlustarm warmes Wasser ansteht. Neben der normalen Zirkulationseinrichtung mit Pumpe und rückführender Leitung benötigen Sie dazu in der Nähe der Zapfstellen bzw. in den Räumen, wo sich Zapfstellen befinden, entsprechende Taster. Alle Taster müssen über ein Elektrokabel oder per Funk mit der Zirkulationspumpe verbunden sein. Damit die Pumpe ca.1 Minute läuft, muss außerdem eine Kurzzeitschaltuhr installiert werden. Möglich ist die Installation eines einstellbaren Hauslichtautomaten. Dieser lässt die Pumpe gerade so lange laufen, bis warmes Wasser an den Zapfstellen anliegt. Bei einer Laufzeit von insgesamt 30 Minuten pro Tag (30 Tasterbetätigungen) ergeben sich unter Einbeziehung der Anschlussleistung des Treppenlichtautomaten etwa 2 kWh Elektroenergieverbrauch im Jahr.

Die Vorteile einer solchen, etwas ungewöhnlichen Schaltung, liegen auf der Hand. Es entstehen nur sehr geringe Stromkosten und geringe Wärmeverluste. Der Umgang mit Warmwasser wird bewusster wargenommen. Als Nachteile müssen erwähnt werden, dass diese Lösung gewöhnungsbedürftig ist. Die Pumpenlaufzeit muss durch Versuch ermittelt werden. Es entsteht zusätzlicher Aufwand für die Elektroinstallation. Für Taster und Hauslichtautomat entstehen Kosten (ca. 300 €).

Bei einer anderen Variante der Anforderungssteuerung mit Drucktasten wird die Laufzeit der Pumpe nach dem Temperaturanstieg in der Zirkulationsleitung geregelt. Nach Betätigen der Taste läuft die Zirkulationspumpe zunächst an. Erreicht die mit einem Temperaturfühler ermittelte Temperatur in der Zirkulationsleitung einen bestimmten Wert (z.B. 5 Grad unter Speichertemperatur), wird die Pumpe wieder abgeschaltet. Die temperaturabhängige Lösung ist eine sehr sichere Lösung, da keine Versuche mit der Pumpenlaufzeit (Hauslichtautomat) vorgenommen werden müssen und die Einstellung nicht von der Wassermenge im System abhängt. Der Elektroenergieverbrauch liegt ebenfalls bei etwa 2 kWh pro Jahr.

Die Vorteile einer solchen Lösung sind auch hier die sehr geringen Stromkosten und geringe Wärmeverluste. Es entsteht hoher Warmwasserkomfort. Die Ermittlung der Pumpenlaufzeit ist nicht erforderlich. Nachteile: neben dem Aufwand für die Elektroinstallation ist zusätzlich ein Thermostateinbau (ca. 60 €) notwendig.

Die Nachteile beider Varianten bestehen also im größeren Aufwand, der bei niedrigen Energiepreisen eine Wirtschaftlichkeit der vorgeschlagenen Maßnahmen bedauerlicherweise in Frage stellt. Ein grundsätzlicher Nachteil eines höheren technischen Aufwandes besteht in der größeren Störanfälligkeit solcher Systeme.

Sie können die aufwändigen nachträglichen Elektro-Installationen auch vermeiden, indem Sie Ihre Zirkulationspumpe an eine Funksteckdose anschließen und mit der Fernbedienung einschalten. Eine kleine elektronische Schaltung zur Steuerung der kurzen Pumpenlaufzeit verfeinert die Sache und sichert das automatische Abschalten.

Eine weitere, einfache Möglichkeit der Anforderungssteuerung besteht darin, den Druckabfall in der Warmwasserleitung auszuwerten. Hierbei wird die Zirkulationseinrichtung in Betrieb gesetzt, wenn das Warmwasserventil kurz geöffnet und gleich wieder geschlossen wird. Der kurze Druckabfall im Warmwassernetz wird durch einen Fühler erfasst. Eine Zeitschaltuhr (z.B. Treppenlichtautomat) wird eingeschaltet, die die Zirkulationspumpe für eine gewisse Zeit laufen lässt. Für diese Nachrüstung sind somit keine zusätzlichen Elektroinstallationen erforderlich. Die einfache Lösung funktioniert im gesamten Warmwassernetz. Vorteile sind sehr geringe Stromkosten, geringe Wärmeverluste, einfache Installation, nachrüstbarer geringer Montageaufwand, vergleichsweise preiswerte (ca. 150 €), bei Kombination mit Thermostat automatische Pumpenlaufzeit. Als Nachteile müssen die Wasserverluste, und eine gewöhnungsbedürftig Vorgehensweise, genannt werden.

#Schwerkraftzirkulation mit zeitgesteuertem Ventil

Bei der früher üblichen Schwerkraftzirkulation nutzte man die Tatsache, das warmes Wasser leichter ist als kaltes. Infolgedessen steigt das warme Wasser in der Warmwasserleitung nach oben und "fällt", etwas abgekühlt, in der Zirkulationsleitung wieder in den Speicher zurück. Im Grunde funktionierten so jahrzehntelang unsere Heizungsanlagen ohne eine Umwälzpumpe. Voraussetzung für ein funktionierendes System dieser Art ist ein sorgfältig berechnetes und präzise verlegtes Leitungsnetz. Eine Zirkulationspumpe wird nicht benötigt. Nachteilig ist der größere Rohrdurchmesser der Wasserleitungen und die Trägheit. Diese Art der Zirkulation verursacht im Dauerbetrieb recht große Wärmeverluste und wird daher heute nicht mehr installiert. Bei bestehenden Anlagen dieser Art kann man die Schwerkraftzirkulation durch ein Ventil, welches durch eine Zeitschaltuhr gesteuert wird, unterbrechen. Damit kann der Nachteil unkontrollierter Wärmeabgabe durch Dauerzirkulation für viele Stunden des Tages beseitigt werden. Der Einbau eines Ventils mit Zeitschaltuhr ist mit etwa 150 € vergleichsweise preiswert.

#Kosten einer Zirkulationseinrichtung

Die Investitionskosten für eine Zirkulationseinrichtung fallen unterschiedlich aus. Pro Meter verlegtem Rohr, einschließlich Dämmung, ohne Stemmarbeiten, müssen Sie mit etwa 40 bis 50 € rechnen. Dazu kommt noch einmal die Zirkulationspumpe, die mit Zeitschaltuhr und Einbau etwa 250 € kostet. Rechnet man noch Kosten für Aufwendungen bei der Elektroinstallation und Stemmarbeiten hinzu, wird man im Einfamilienhaus etwa 800 € bis 1000 € einplanen müssen. Die ungefähren Betriebskosten ergeben sich aus der Anschlussleistung der Pumpe und der jährlichen Einschaltdauer. Eine moderne Pumpe mit z.B. 6 Watt Leistungsaufnahme und einer Einschaltdauer von 6 Stunden täglich verursacht bei einem Strompreis von 28 Cent/kWh Jahreskosten in Höhe von etwa 4 €.

#Elektrische Begleitheizungen für Warmwassernetze

Ist der Einbau einer Zirkulationseinrichtung nicht möglich (nachträgliche Installation) kann man auch eine elektrische Begleitheizung in Erwägung ziehen. Durch elektrische Begleitheizungen, die temperatur- und zeitgesteuert arbeiten, wird das sich abkühlende Wasser in der Warmwasserleitung erwärmt und auf einer voreinstellbaren Temperatur gehalten. Dazu wird eine kabelähnliche elektrische Widerstandsheizung am Warmwasserrohr angebracht und gemeinsam mit dem Rohr gedämmt.

Elektrische Begleitheizungen bestehen aus zwei stromdurchflossenen Leitern in einer elektrisch isolierenden Hülle. Der elektrische Widerstand zwischen beiden Drähten führt zu einer Erwärmung, die durch Einstellung der Stromstärke regelbar ist. Die elektrische Leistungsaufnahme beträgt je nach Ausführung zwischen 8 und 25 Watt pro Meter. Voraussetzung für die Einhaltung einer bestimmten Warmwassertemperatur im Rohr ist eine optimale Wärmedämmung. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass keine zusätzliche Rohrleitung benötigt wird, ggf. also ein Warmwasserrohrnetz ohne Zirkulationsleitung nachgerüstet werden kann. Bezogen auf die Energiekosten ist die Lösung jedoch ungünstig, da die Wärmeverluste durch eine elektrische Direktheizung ausgeglichen werden. Die in Heizkostenabrechnungen auftretenden Kosten für die Beheizung mit Heizbändern sind sehr hoch (Mietwohnungen). Warmwassersysteme mit elektrischen Begleitheizungen sind auch bezüglich der Wasserhygiene (Legionellen) als problematisch einzuschätzen. Zur Sicherheit wäre eine Rohrleitungstemperatur von 60°C (thermische Desinfektion) erforderlich - wegen der damit verbundenen hohen Betriebskosten wird diese Temperatur jedoch aus Einspargründen unterschritten.