Warmwasser

Trinkwarmwasser wird für Wasserhähne, Dusche und Waschmaschine verwendet. In einem gut gedämmten Haus ist der Bedarf geringer als der für Raumheizung. Er fällt aber das ganze Jahr an und macht sich daher auf der Stromrechnung bemerkbar. EnergyFlow bildet Warmwasser in einem eigenen Speicher ab, getrennt vom Heizkreis.

Zwei Arten, den Speicher zu erwärmen

Wärmepumpe. Der Speicher hat einen eigenen kleinen Warmwasser-Wärmepumpenboiler mit etwa 2 kW. Er entzieht der Außenluft Wärme und gibt sie an das Speicherwasser ab, ähnlich wie ein Kühlschrank Wärme aus seinem Innenraum abführt, nur in die andere Richtung. Ein elektrischer Heizstab mit 3 kW im Speicher dient als Zusatzheizung. Das Gerät ist nicht mit dem Heizkreis verbunden. Warmwasser und Raumheizung teilen sich daher nicht denselben Verdichter, also das Bauteil, das die Wärmepumpe antreibt. Der Wirkungsgrad wird mit dem COP (Leistungszahl) angegeben: abgegebene Wärme je Stromeinheit. COP 3 bedeutet 3 kWh Wärme aus 1 kWh Strom.

Elektrischer Widerstand. Der 3-kW-Heizstab erwärmt das Wasser direkt wie ein Wasserkocher. Sein COP beträgt 1.

Der Speicher fasst 200 Liter. Die Solltemperatur, auf die die Regelung heizt, liegt bei 55 °C.

Vom Heizkessel oder von der Wärmepumpe beheizt

Die beiden Optionen oben halten den Speicher getrennt vom Heizkreis. Eine dritte Option, verfügbar mit einem Heizkessel oder einer Luft-Wasser- oder Sole-Wasser-Wärmepumpe, tut das nicht. In einem mit Öl beheizten Haus erwärmt der Heizkessel meist auch das Warmwasser, über eine Heizschlange in einem Speicher, und eine Wärmepumpe übernimmt diese Aufgabe normalerweise genauso. Eine Maschine heizt entweder das Haus oder den Speicher, nie beides zugleich, und Warmwasser hat Vorrang: Die Heizkörper pausieren, solange der Speicher geladen wird. Ein Heizkessel lädt ihn schnell, die Pause ist daher kurz. Eine Wärmepumpe mit 8 kW braucht für einen Speicher mit 200 Litern 45 bis 90 Minuten, und an einem kalten Morgen nach dem Duschen bekommen die Heizkörper eine Weile keine neue Wärme. Die Ergebnisse zeigen, welcher Anteil des Brennstoffs des Heizkessels oder des Stroms der Wärmepumpe auf das Warmwasser entfiel.

Solarkollektoren

Sie können Solarthermie-Kollektoren auf dem Dach hinzufügen. Anders als PV-Module erwärmen sie direkt eine Flüssigkeit. Sie wählen den Typ (einen verglasten Flachkollektor oder vakuumisolierte Glasröhren, die bei kaltem Wetter weniger Wärme verlieren), die Fläche sowie die Neigung (Winkel zur Horizontalen) und die Himmelsrichtung, in die sie zeigen. Das Modell berechnet die gewonnene Wärme Stunde für Stunde aus denselben Wetterdaten wie bei PV, für einen generischen Kollektor. Es verwendet einen separaten solaren Vorwärmspeicher, der mit 50 Litern pro Quadratmeter Kollektorfläche angesetzt wird. Dieser Speicher wärmt den Zulauf zum Warmwasserspeicher vor, dessen Wärmepumpe oder Heizstab den restlichen Bedarf deckt. Die Ergebnisse zeigen die gelieferte Wärme und den solaren Deckungsanteil, also den Anteil der Wärme für Ihr Warmwasser, der von der Sonne stammt.

Regelung des Speichers

Der Wärmepumpen-Wassererwärmer schaltet sich ein, wenn die Speichertemperatur 5 °C unter die Solltemperatur fällt. Für den Heizstab gilt eine um 7 °C niedrigere Solltemperatur. Er läuft daher nur, wenn die Wärmepumpe nicht nachkommt, etwa nach einer großen Wasserentnahme. Der Verdichter stoppt, wenn die Außenluft kälter als -7 °C ist. Dann übernimmt der Heizstab den Bedarf. Wie viel die Wärmepumpe liefert, hängt von Außenluft- und Speicherwassertemperatur ab. Das Modell verwendet die Standard-Leistungskurven von EnergyPlus für diesen Gerätetyp. Die Formeln beschreiben, wie sich Leistung und Wirkungsgrad mit diesen beiden Temperaturen ändern.

Tägliche Entnahme

Das Modell verwendet einen festen Tagesverlauf: Wasserentnahme am Morgen, eine kurze Entnahme mittags und ein Abendhoch. Wochentage und Wochenende haben unterschiedliche Profile. Bei vier Personen sind das insgesamt ungefähr 200 Liter am Tag. Das Volumen richtet sich nach der Haushaltsgröße im Schritt Zeitpläne, also ungefähr 100 Liter für zwei Personen und 300 Liter für sechs. Die Temperatur des kalten Leitungswassers folgt der saisonalen EnergyPlus-Formel mit 10 °C Jahresmittel und 8 °C Unterschied zwischen wärmstem und kältestem Monat. Im Winter braucht die Wassererwärmung daher mehr Energie.

Eine Vierrohr-Wärmepumpe (zwei Maschinen in einer Anlage, bei der eine Seite heizt und die andere kühlt) hat einen eigenen kleinen Wassererwärmer wie oben beschrieben. Das Kaltwasser wird vom warmen Pufferspeicher, dem großen isolierten Speicher zwischen Wärmepumpe und Heizkreis, auf 40 °C vorgewärmt. Dieser Wassererwärmer entnimmt unabhängig von der Haushaltsgröße eine feste Menge von 200 Litern täglich.

Ergebnisse

Der Warmwasserstrom hat im monatlichen Stromdiagramm eine eigene Kategorie mit der Bezeichnung „Warmwasser“. PV und Batterie können ihn wie jede andere Last bei der stündlichen Stromverteilung (Dispatch) versorgen. Er ist nicht im SCOP der Wärmepumpe enthalten, dem saisonalen COP für Wärme je Stromeinheit, der nur die Raumheizung umfasst.

Legionellen

Legionellen sind Bakterien, die sich in warmem Speicherwasser vermehren und eine schwere Lungenentzündung verursachen können, wenn sie als Tröpfchen eingeatmet werden, etwa beim Duschen. Das Modell führt keine regelmäßige Desinfektion mit hoher Temperatur durch. Der Speicher bleibt auf seiner Solltemperatur. Der zusätzliche Strom für einen solchen Zyklus erscheint daher nicht in den Ergebnissen.

Die Anforderungen hängen vom Land und der Größe der Anlage ab. 2011 erklärte das deutsche Umweltbundesamt, dass DVGW W 551 für Großanlagen gilt, also mehr als 400 Liter Speichervolumen oder mehr als 3 Liter erwärmtes Wasser in den Leitungen. Ein- und Zweifamilienhäuser sind davon ausgenommen. Für kleine Anlagen ist die Regel eine Empfehlung. Wenn Ihr Installateur einen regelmäßigen Hygienelauf empfiehlt, fragen Sie nach dessen Ablauf.

Grenzen des Modells

Das Speichervolumen passt sich nicht an die Haushaltsgröße an. Ein großer Haushalt mit kleinem Speicher kann zu wenig Warmwasser haben; der Speicher kühlt dann unter die Solltemperatur ab.
Die Warmwasserbereitung wird nicht in Stunden mit PV-Überschuss verschoben. Der Speicher wird beheizt, sobald er Wärme anfordert.
Der Speicher verliert 2.5 W/K, also 2.5 Watt je Grad Unterschied zwischen Speicher und Umgebung. Bei einem Wärmepumpen-Wassererwärmer setzt das Modell die Umgebungstemperatur auf die Außenluft. Die Verluste wärmen daher das Haus nicht. Beim elektrischen Heizstab entspricht die Umgebung der Solltemperatur des Speichers. Dadurch verliert der Speicher fast keine Wärme, und sein Stromverbrauch fällt eher zu niedrig aus.
Der Wärmepumpen-Wassererwärmer ist ein allgemeines Modell und kein bestimmtes Produkt.
Eine Frischwasserstation (sie erwärmt Leitungswasser bei Bedarf in einem Wärmetauscher, der von einem Pufferspeicher gespeist wird) ist keine eigene Option. Zirkulationskreise, die Warmwasser ständig an den Zapfstellen vorbeiführen, und Wärmeverluste der Leitungen fehlen.