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Bivalente Trinkwassererwärmung

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

10.06.2021

Letztes Update

29.07.2021

  • Wiki
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  • Bivalente Trinkwassererwärmung

Definition bivalente Trinkwassererwärmung und Erklärung der Funktion

 

Inhalt des Wiki-Artikels

Es gibt diverse Möglichkeiten, um Trinkwasser für ein Gebäude zu erwärmen. Die bivalente Trinkwassererwärmung zeichnet sich dadurch aus, dass der Bedarf an Warmwasser durch zwei Betriebsmittel gedeckt wird. Dabei können verschiedene Arten der Trinkwassererwärmung mit Solarthermie kombiniert werden. Bivalente Trinkwassererwärmungsanlagen sind mit einem bivalenten Warmwasserspeicher ausgestattet. Thermische Energie wird von zwei Wärmequellen aus dorthin übertragen. Gängige Kombinationen bei der bivalenten Trinkwassererwärmung sind:

  • Solarthermie und Brennwertkessel
  • Solarthermie und Wärmepumpe
  • Solarthermie und Biomasseofen
  • Solarthermie und Gastherme

Bivalente Systeme werden eingesetzt, da die Solarstrahlung Schwankungen unterliegt. Darüber hinaus bestehen zeitliche Differenzen zwischen Strahlungsangebot und dem Bedarf an Nutzwärme. Bei bivalenten Anlagen unterstützt das zweite Betriebsmittel die solare Trinkwassererwärmung.

Aufbau und Funktion bivalenter Wasserspeicher

Ein bivalenter Warmwasserspeicher kann Wärmeenergie aus zwei Quellen aufnehmen. Während monovalente Warmwasserspeicher über einen Wärmeübertrager verfügen, haben bivalente Speicher zwei. In der Regel handelt es sich bei den Wärmetauschern um Heizwendel, die sich im Inneren des bivalenten Warmwasserspeichers befinden. Die mit der Solarthermieanlage verbundene Heizwendel ist dicht über dem Speicherboden angebracht, damit er möglichst viel Wärme auf das Kaltwasser überträgt, das in den Speicher einfließt. Der zweite Wärmeübertrager befindet sich darüber, über ihn wird das Wasser im bivalenten Speicher nachgeheizt, wenn die Solarenergie nicht ausreicht.

Bei der bivalenten Trinkwassererwärmung wandeln Sonnenkollektoren die Energie der Sonne in Wärme um. Mittels einer Trägerflüssigkeit wird die Wärme zur unteren Heizwendel im bivalenten Warmwasserspeicher transportiert. Dort gibt der Wärmetauscher sie an das gespeicherte Trinkwasser ab. Das erwärmte Wasser steigt im Speicher nach oben. Von dort fließt es bei Bedarf zu den Entnahmestellen. Der zweite Wärmeübertrager kommt nur dann zum Einsatz, wenn über einen längeren Zeitraum kein Solarertrag erzielt wird. Dann wird Wärme vom Kessel oder einer anderen Wärmequelle über das Heizwasser zur oberen Heizwendel im bivalenten Warmwasserspeicher transportiert. Der Wärmetauscher gibt thermische Energie an das Trinkwasser im Speicher ab.

Bei Anlagen, die der bivalenten Trinkwassererwärmung und der Raumbeheizung dienen, werden meistens Pufferspeicher oder Kombispeicher verwendet. Pufferspeicher enthalten kein Trinkwasser, sondern Heizungswasser. Bivalente Pufferspeicher sind mit einem Frischemodul ausgestattet, das für eine hygienische Trinkwassererwärmung nach dem Durchlaufprinzip sorgt. Kombispeicher sind eine platzsparende Lösung, denn sie vereinen Pufferspeicher und Speicherwasserwärmer in sich. Kombispeicher gibt es in verschiedenen Ausführungen:

  • Kombispeicher mit Frischwasserstation
  • Tank-in-Tank-Speicher
  • Kombispeicher mit eingebautem Wärmeübertrager

Beim Kombispeicher mit Frischwasserstation wird das Trinkwasser über einen externen Wärmeübertrager erhitzt, während es im Kombispeicher mit eingebautem Wärmeübertrager über einen internen Wärmetauscher auf Temperatur gebracht wird. Der Tank-in-Tank-Speicher ist ein Pufferspeicher, in den ein kleinerer Tank für das Trinkwasser eingebaut ist. Auf diese Weise werden Heizungswasser und Trinkwasser in einem Durchgang erwärmt. Für die bivalente Trinkwassererwärmung ist ein bivalenter Kombispeicher erforderlich, also einer, der über zwei Wärmeübertrager verfügt.

Trinkwasser unterliegt in Deutschland bestimmten Hygieneregeln. Das Trinkwassersystem muss hygienisch einwandfrei sein, außerdem soll es die durchgängige Versorgung gewährleisten und das Wasser auf der richtigen Temperatur halten. Aus hygienischen Gründen kommen für bivalente Trinkwasserspeicher nur wenige Materialien infrage:

  • Rostfreier Edelstahl
  • Emaillierter Stahl
  • Kunststoffbeschichteter Stahl

Um Warmwasserspeicher zusätzlich vor Korrosion zu schützen, werden sogenannte Fremdstromanoden eingebaut. Vorwiegend werden Titan-Mischoxyd-Anoden eingesetzt, die unauflöslich sind. Sie werden isoliert in den Speicher eingebracht und mit Strom versorgt. Fremdstromanoden haben gegenüber der sogenannten Opferanoden den Vorteil, dass sie erhalten bleiben und nicht ausgetauscht werden müssen. Opferanoden sind Magnesium-Schutzanoden, das Anodenmaterial zehrt sich während des Gebrauchs auf. Fremdstromanoden werden bei Trinkwasserspeichern aus Edelstahl und Stahl eingesetzt. Denn auch Behälter aus Edelstahl können bei außergewöhnlichen Betriebsbedingungen wie einer hohen Chloridbelastung korrosionsgefährdet sein.

Bivalente Trinkwassererwärmung mit Brennwertkessel

Bei der bivalenten Trinkwassererwärmung kann eine Solarthermieanlage beispielsweise mit einer Brennwertheizung kombiniert werden, die mit Gas, Heizöl oder Pellets betrieben wird. Brennwertanlagen arbeiten wie Solaranlagen im Niedertemperaturbereich. Auf dem Markt werden die Komponenten für die Kombination von Brennwertkessel und Solarthermieanlage einzeln und als platzsparende Heizzentralen angeboten. Mit raumluftunabhängigen Geräten kann die Kombination zum Beispiel auch als Dachheizzentrale in einem kleinen Dachzimmer realisiert werden.

Bivalente Trinkwassererwärmung mit Wärmepumpe

Wärmepumpen arbeiten besonders effizient, wenn sie in die bivalente Trinkwassererwärmung eingebunden werden, denn sie verbrauchen weniger Strom, wenn sie mit einer Solarthermieanlage verknüpft sind. Folgende Wärmepumpen sind für bivalente Wärmeerzeugungsanlagen geeignet:

  • Erdwärmepumpen
  • Luft-Wasser-Wärmepumpen
  • Gaswärmepumpen

Die Kombination lässt sich mit einer hohen solaren Deckung besonders günstig betreiben. Es gibt sie in zwei verschiedenen Varianten, zum einen mit getrenntem Wärmepumpen- und Solarkreislauf, zum anderen mit einem in den Wärmepumpenkreislauf integrierten Solarkreislauf. Die letztgenannte Variante hat den Vorteil, dass die solar erzeugte Wärme zum Beispiel auch zum Auftauen der Außeneinheit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe genutzt werden kann.

Bivalente Trinkwassererwärmung mit Biomassekessel

Biomasseöfen werden mit Festbrennstoffen aus erneuerbaren Energien befeuert, zum Beispiel mit Scheitholz, Hackschnitzeln oder Pellets. Ist ein mit Holz beheizte Kaminofen oder ein Pelletofen mit Wassertasche in die Heizungsanlage eingebunden, ist grundsätzlich ein weiteres Betriebsmittel zur Trinkwassererwärmung erforderlich, da der Ofen den Aufstellraum beim Betrieb im Sommer überhitzen würde. Durch die Kombination von Solarthermie und Biomasseheizung zur bivalenten Trinkwassererwärmung erreicht die Heizung eine besonders hohe Effizienz.

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