Boiler - Speicher

ein kurzer Erklärungsversuch
nach dem Motto > ein Boiler beulert und ein Speicher speichert :>))
Vielleicht hat jemand eine bessere Erklärung, dann hier meine E-Mail
Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen im SHK-Handwerk
Bosy-online-ABC
Die Errichtung einer Trinkwasserinstallation und wesentliche Veränderungen an diesen dürfen nur von Installationsbetrieben durchgeführt werden, die in das Installateurverzeichnis eines WVU eingetragen sind.
Wenn man Fachbegriffe (Fachausdrücke) verwendet, dann sollten sie auch stimmen bzw. das richtige ausdrücken. Komischerweise sind nicht einmal die Fachleute aus Handwerk und Industrie in der Lage, die richtigen Fachbegriffe einzusetzen.
So ist z. B. ein Gliedermaßstab ein Zollstock, ein Schraubendreher ein Schraubenzieher, erwärmtes Trinkwasser kein Brauchwasser und eine Dämmung ist keine Isolierung. Zoll ist die Bezeichnung für ein Whitworthgewinde und keine Nennweitenangabe (DN) und eine Wärmepumpe ist eine Kältemaschine. So kann ein Klempner ein Heizungsbauer, Gas-Wasserinstalleur (neu: Anlagenmechaniker für Sanitär-, Heizungs- und Klimatechnik) oder wirklich ein Klempner sein. Auch sollte ein Fachmann zu einem Wasserzähler nicht Wasseruhr sagen.
Diese Begriffe haben sich in unseren Sprachgebrauch derart eingenistet, dass das schon als "normal" angesehen wird. So wird z. B. eine Beißzange auch Kneifzange genannt.
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So ist z. B. ........
Brauchwasser (Nutzwasser) ist richtig ausgedrückt Nichttrinkwasser oder Betriebswasser, das für technische, gewerbliche oder landwirtschaftliche Anwendungen dient, so z. B. auch Regenwasser. Nichttrinkwasser ist nicht für den menschlichen Genuss vorgesehen, sollte jedoch einer gewissen Mindesthygiene entsprechen.
Trinkwasser ist Süßwasser mit einem hohen Maß an Reinheit (festgelegt in der Trinkwasserverordnung), das für den menschlichen Gebrauch geeignet ist. Der Begriff "Kein Trinkwasser" (Schild an Zapfstellen) bezeichnet Trinkwasser, das aufgrund von Stagnation aufgekeimt ist und nicht zum Duschen oder Trinken verwendet werden sollte.
Genauso verhält es sich mit dem Begriff "Boiler". In 99 % aller Fälle ist hier mit Sicherheit ein Speicher gemeint.
   Fachbegriffe - richtig oder falsch angewendet
Quelle: Heatspan Inc.
Ein Boiler ist ein ungedämmter Trinkwassererwärmer, der eine festgelgte Wassermenge für eine Zapfstelle auf eine sehr hohe Temperatur (90 bis 100 °C) erwärmt. Auf Grund der hohen Temperatur wird dieser TWE Boiler (boil > kochen, sieden) genannt.
Ein Boiler wird normalerweise in offener Ausführung ausgeführt, das bedeutet, dass das Ausdehnungswasser bei der Beheizung abtropft. Die Beheizung kann durch Öl, Gas, festen Brennstoffen und elektrisch erfolgen.
Der Boiler hat die Vorteile, dass nur die Wassermenge erwärmt wird, die auch wirklich ver/gebraucht wird und das Badezimmer zum Zeitpunkt der Nutzung (Baden bzw. Duschen) eine höhere angenehme Raumtemperatur hat.

Nachteilig ist, dass der Boiler rechtzeitig vor der Nutzung beheizt werden muss. Auch der Kalkausfall auf Grund der hohen Temperatur ist nachteilig.

Typische Boiler sind auch Badeöfen.
 
 
Der Badeofen ist ein nichtgedämmte Behälter, der mit Öl, Gas, festen Brennstoffen und elektrisch beheizt werden kann. Da die Temperatur bis ca. 100 °C erreichen kann, wird der Badeofen auch "Boiler" genannt. Er sollte aber nie über 80 °C erwärmt werden. Badeöfen als Druckbehälter haben eine thermische Ablaufsicherung (TAS).
Die drucklosen Öfen verdrängen bei der Aufheizung das Wasser nach dem Überlaufprinzip zum Auslaufventil. Bei dem Aufheizen des Wassers dehnt es sich aus und das überschüssige Wasser tropft über den dauernd offenen Auslauf der Mischbatterie aus. Deshalb darf die Verbindung zwischen Auslauf und Wasserbehälter nicht abgesperrt werden.
Da der Badeofen nur für eine Badewannenfüllung ausgelegt wird, hat er je nach der Füllmenge der Wanne einen Inhalt von 80 bis 110 Liter. Das Wasser wird kurz vor der Nutzung von Hand (Kohle, Holz) oder automatisch (Öl, Gas, Strom) in Betrieb gesetzt. Da die Öfen nicht gedämmt sind, wird das Badezimmer gleichzeitig aufgeheizt. Dies ist ein Grund, warum diese Öfen, besonders als Bad-Zusatzheizung, wieder eingesetzt werden. Hier kann dann eine Fußbodenheizung als Grundlast betrieben werden und im Sommer bzw. in den Übergangszeiten auf eine Heizung verzichtet werden.
Die ersten Badeöfen wurden aus Kupferblech (ab 1894 von Vaillant und Junkers) hergestellt. Die neueren Modelle sind aus emailliertem Stahlblech oder Edelstahl. Aber auch die Kuper-Badeöfen kommen auf Antik getrimmt wieder in Mode.
Aufbau und Funktion
Unter einem senkrecht stehenden Wasserbehälter ist eine Brennkammer angeordnet, wobei das Rauchrohr durch den Behälter geführt wird. Im unteren Bereich des Wasserbehälters befindet sich eine Mischbatterie, die bei dem Öffnen des WW-Auslaufventils kaltes Wasser in den Behälter leitet und das heiße Wasser strömt in die Badewanne. Über das Zumischen von kaltem Wasser wird die gewünschte Wasser- bzw. Duschtemperatur erreicht.
Badeöfen
Quelle: Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG
Quelle: MH-Anlagentechnik GmbH
Quelle: Franz Kaldewei GmbH & Co. KG
Quelle: Radek Zavadil
Quelle: Buderus-Museum
Badeofen mit Konvektionsklappe  - Anton Eder GmbH
Badeofen mit gleichzeitiger Raumheizung - Eisenwerk Wittigsthal GmbH
Öl-Badeofen - ZEBA Gerätebau GmbH

Trinkwasser-Sicherheitsventil
Vor jedem geschlossenen Trinkwassererwärmer (TWE/Speicher) ist ein Membran-Sicherheitsventil entsprechend DIN 1988 und 4753, Teil 1 und TRD 721 einzubauen. Diese Armatur öffnet selbsttätig bei dem Überschreitung eines festgelegten Betriebsüberdruckes (6, 8, 10 bar) und nach einer Druckabsenkung schließt es wieder selbsttätig.
Sicherheitsventil-Nennweiten
Quelle: SYR - Hans Sasserath & Co. KG
Jeder geschlossene Trinkwassererwärmer muss mit mindestens einem Sicherheitsventil ausgerüstee werden  (Ausnahme:  Durchflußerwärmer mit einem Nennvolumen  < 3 l). Bis 5000 l Nennvolumen dürfen nur federbelastete Membransicherheitsventile verwendet werden. Die Nennweite der Sicherheitsventile richtet sich nach dem Nennvolumen des Speichers.
Für den Einsatz von Sicherheitsventilen in geschlossenen Trinkwassererwärmungsanlagen gelten folgende Vorgaben:
  •  die Sicherheitsventile müssen in die Kaltwasserleitung eingebaut werden
  •  zwischen Sicherheitsventil und Wassererwärmer dürfen keine Absperrarmaturen, Verengungen oder Schmutzfänger liegen
  •  es muss gut zugänglich sein
  •  es muss in der Nähe des TWE's angeordnet sein
  •  die Zuleitung zum Sicherheitsventil muß mind. die Nennweite des Ventils haben
  •   Abblaseleitung vorsehen
  •   die Mündung der Abblaseleitung muß sichtbar und mit einem Abstand von 20 – 40 mm über einen Entwässerungsgegenstand oder einem Einlauftrichter innerhalb des Gebäudes angeordnet sein
  •  Korrosionsschutz und Einfriergefahr bei der Abblaseleitung beachten
  •  Sicherheitsventil möglichst oberhalb des TWE's anbringen, damit beim Austausch nicht der Speicher entleert werden muss (aber keine Stagnationsleitung)
  •   in der Nähe der Abblaseleitung bzw.am Sicherheitsventil ist ein Schild anzubringen mit folgender Aufschrift:
Während der Beheizung kann aus Sicherheitsgründen Wasser aus der Abblaseleitung austreten!
Nicht verschließen!
Allgemeines zu Sicherheitsventilen - SHKwissen
Kaltwasseranschluss
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Ungünstige Anordnung des Sicherheitsventls, weil zur Wartung der Speicherentleert werden muss
Falsche Anordnung des Sicherheitsventls, weil in der Leitung Stagnationswasser entsteht
Der Kaltwasseranschluss an einem druckfesten Trinkwassererwärmer (Speicher) sollte immer über der höchsten Stelle des Speichers angeordnet sein, damit bei der Wartung des Sicherheitsventils der Inhalt nicht entleert werden muss. Der Grund, dass das Sicherheitsventil nicht regelmäßig gewartet wird, liegt meistens in der falschen Anordnung.
Ein Wasseranschluss nach DIN 1988 hat folgende Bauteile:
  •  2 Absperrventile
  •  Rückflußverhinderer
  •  baumustergeprüftes Membran-Sicherheitsventil mit Ausblaseleitung in einen Trichter (offener Auslauf)
  •  Manometeranschluss
  •  Prüfventil
  •  Druckminderventil (> 6 bar Wasserdruck - eine Anordnung am Hauswasseranschluss ist sinnvoller)
In kleineren Anlagen werden die vorgeschriebenen Bauteile in einer Sicherheitsgruppe zusammengefasst.
Quelle: Honeywell GmbH
Die Sicherheitsgruppe dient zur Absicherung von druckfesten Trinkwassererwärmern nach DIN 4753 Teil 1, DIN 1988 und DIN EN 1488. Es handelt sich um Kompaktarmaturen, bei denen alle zur Absicherung geforderten Armaturen wie Rückflussverhinderer, Absperrventile, Prüfstutzen und Membransicherheitsventil zusammengefasst sind. Das Sicherheitsventil schützt den nachgeschalteten Wassererwärmer durch selbsttätiges Öffnen und Schließen. Der Rückflussverhinderer verhindert das Rückdrücken, Rückfließen und Rücksaugen von verunreinigtem Wasser.

Funktion der Sicherheitsgruppe

Zuerst wird der Rückflussverhinderer durchströmt. Dabei wird bei Durchfluss ein Ventilkegel gegen eine Federkraft in Offenstellung gedrückt. Das nachgeschaltete Sicherheitsventil ist ein direkt wirkendes Sicherheitsventil. Das heißt, einer Öffnungskraft wirkt eine mechanische Kraft (Feder) entgegen. Die Absperrventile dienen dazu, den Rückflussverhinderer zu prüfen bzw. zu warten.
Abblase-, Ausblase- und Tropfleitungen
Abblaseleitungen (Ausblase- oder Tropfleitung) von Sicherheitsventilen müssen so bemessen und verlegt sein, dass die statischen, dynamischen (Reaktionskräfte) und thermischen Beanspruchungen sicher aufgenommen werden können. Die Zuleitung und Abblaseleitung dürfen nicht absperrbar sein und keine Formstücke (z. B. Winkel) oder Schmutzfänger enthalten, die den vorgeschriebenen Querschnitt verengen. Die Leitungen müssen sichtbar und offen in einem Trichter mit Geruchsverschluss (Siphon) einmünden. In thermischen Solaranlagen wird die Abblaseleitung in einen Auffangbehälter geführt. Dabei muss das Wasser oder der Dampf gefahrlos abgeführt werden können. Bei Ventilen in kleinen Heizungsanlagen und an Trinkwasser-Sicherheitsventilen kann der Trichter auch direkt am Ventil angebracht sein, damit eine Undichtigkeit sofort erkannt wird und die folgende Leitung als Tropfleitung ausgelegt werden kann, die dann in ein Waschbecken geführt werden muss. Da austretende Wasser muss grundsätzlich in das Abwassersystem abgeleitet werden.
Die Leitung muss schallgedämpft befestigt sein. Es darf keine Winkelverschraubung eingebaut werden. Bei dem Einbau eines Trichters direkt am Ventil spricht man von einer Tropfleitung, die dann mit Gefälle zu Abfluss geführt wird.
Außerdem darf keine Luft in der Zuleitung zu dem Sicherheitsventil stehen, deshalb werden sie zunehmend auf einer Kesselsicherungsgruppe mit Entlüfung montiert.
Im Abblasesystem darf sich keine Flüssigkeit ansammeln können. Falls die Gefahr des Einfrierens besteht, muss die Leitung entsprechend geschützt (Dämmung und Rohrbegleitheizung) sein.
Trichter für Heizungsventile
Quelle: Flamco Wemefa GmbH
TW-Sicherheitsventil mit offenem Auslauf
Quelle: SYR - Hans Sasserath & Co. KG
Wenn bei Sicherheitsventilen auch ein Austritt von ausgasenden und verdampfenden Flüssigkeiten, z. B. Heißwasser oder Dampf, zu erwarten ist, dann müssen in unmittelbarer Nähe des Ventils Entspannungseinrichtungen (Entspannungstopf) mit ausreichender Größe angeordnet werden. An diesen Entspannungseinrichtungen sind Öffnungen ausreichenden Querschnittes sowohl zur Ableitung des entspannten Dampfes (Gases) als auch zur Ableitung der Flüssigkeit vorzusehen. An Sicherheitsventilen, bei denen durch Austreten des Mediums, z.B. auch durch die offene Haube, direkt oder indirekt Gefahren für die Personen oder die Umgebung entstehen können, müssen geeignete Schutzvorrichtungen angebracht werden.
Der Querschnitt der Ventilzuleitung darf nicht kleiner sein als der Eintrittsquerschnitt des Sicherheitsventils. Der Querschnitt der Abblaseleitung darf nicht kleiner als der Austrittsquerschnitt des Sicherheitsventils sein, also in der Regel mindestens eine Nennweite größer. Der Durchmesser und die Länge der Abblaseleitungen und die Bauteile (Bogen, Schalldämpfer) bestimmen den Eigengegendruck. Diese Teile sind so zu bemessen und zu verlegen, dass der vom Hersteller für das Sicherheitsventil angegebene zulässige Gegendruck nicht überschritten wird.
Der Druckverlust in der Ventilzuleitung darf beim größten, abgeführten Massenstrom 3 % der Druckdifferenz zwischen dem Ansprechdruck und dem Fremdgegendruck nicht überschreiten. Voraussetzung für eine ungestörte Funktion bei diesem Druckverlust ist, dass die Schließdruckdifferenz des eingebauten Sicherheitsventils mindestens 5 % beträgt.
Die Nennweiten der Zuleitungen und Abblaseleitungen von Sicherheitsventilen werden mit Hilfe von Tabellen bzw. Diagramme der Ventilhersteller ausgelegt.
Ein Abblasen (Tropfen) des Ventils wird bei Heizungs- Kühl- und Solaranlagen als Fehler bei der Druckhaltung angesehen, da die Anlage Flüssigkeit verliert und zum Ausfall führen kann.
Aber Sicherheitsventile in dem Kaltwasseranschluss an dem Trinkwassererwärmer (Speicher, große Frischwasserstation bzw. Durchlauferwärmer) können bzw. müssen bei der Aufheizung abtropfen, da sich das Wasser ausdehnt und es zu einem zu hohem Druck führen kann. Erst der Einbau eines Druckminderers kann, und eines Membranausdehnungsgefäßes,wird, ein Abtropfen verhindern
Bei den Ventilen in der Trinkwasserinstallation sollte folgendes Hinweisschild angebracht werden:
Während der Beheizung kann aus Sicherheitsgründen Wasser aus der Abblaseleitung austreten!
Nicht verschließen!
Entspannungstopf

Wärmeerzeuger mit einer Nennwärmeleistung > 300 kW und/oder in Anlagen > 100 °C müssen nach der DIN EN 12828 mit Entspannungstöpfen ausgestattet werden. Sie werden in die Ausblaseleitung von Sicherheitsventilen eingebaut und dienen zur Trennung von Dampf und Wasser. Am Tiefpunkt des Entspannungstopfes muss eine Wasserabflussleitung angeschlossen werden, die austretendes Heizungswasser gefahrlos und beobachtbar abführen kann. Die Ausblaseleitung für Dampf muss vom Hochpunkt des Entspannungstopfes ins Freie geführt werden.

Auf den Einbau des Entspannungstopfes darf verzichtet werden, wenn zusätzlich je Wärmeerzeuger ein weiterer STB und ein weiterer Druckbegrenzer eingebaut werden.
Entspannungstopf
Quelle: Reflex Winkelmann GmbH
Ablauftrichter mit Geruchsverschluss
Quelle: Geberit Vertriebs GmbH
TW-Sicherheitsventil mit offenem Auslauf
Quelle: SYR - Hans Sasserath & Co. KG
Alle Abblase-, Ausblase-, Tropf- und Überlaufleitungen in Trinkwasser- und Wasserheizungssystemen müssen "offen" und sichtbar in einen Ablauftrichter mit einem Siphon (Geruchsverschluss) geführt werden, damit austretenden Wasser in das Abwassersystem geleitet werden kann. Flüssigkeiten aus Solar- und Kühlanlagen mit Frostschutz oder Korrosionschutzmittel werden in ausreichend große Auffangbehälter abgeleitet, da sie nicht in das Abwassersystem geleitet werden dürfen.
Besonders die Wässer, die aus Sicherheitsventilen von Trinkwasser- und Heizungsanlagen oder über eine thermischen Ablaufsicherung (TAS) in größeren Mengen austreten können, sollten zwingend einen Anschluss an das Abwassersystem haben, damit es nicht zu Wasserschäden kommt. Immer wieder findet man Anlagen, in denen die Sicherheitsventile (TW und Heizung) keine Abblaseleitung, also auch keinen Anschluss an ein Abwasserrohr haben. Hier hier können größere Wassermengen unkontrolliert in den Raum austreten, was in Wohnräumen, im Keller oder auch im Dachgeschoss zu ärgerlichen Überschwemmungen führen kann.
Diese Ablauftrichter gibt es mit einem seperaten oder integrierten Geruchsverschluss (Siphon).
Abblaseleitungen, die von einem Sicherheitsventil mit angebautem Trichter kommen, müssen in ein Waschbecken geführt werden, um das Wasser in den Abfluss zu leiten.
Quelle: Airfit GmbH & Co. KG

Dezentrale Erwärmung
Kochendwassergerät
Quelle: AEG
In der Praxis gibt es viele Fälle, in denen eine zentrale Trinkwassererwärmung nicht wirtschaftlich ist. Wenn z. B. in einem Gäste-WC oder in gewerblichen Räumen an den Entnahmestellen einer Teeküche und an Handwaschbecken warmes Wasser zur Verfügung zu stellen ist, dann bietet sich ein einfaches Kochendwasserrgerät über der Spüle oder ein 5 Liter-Elektrospeicher über bzw. unter dem Waschtisch an.
Auch im Wohnungsbau bieten sich deratige Lösungen für weit entferntliegende oder selten genutzte Entnahmestellen an.
Probleme mit alten Anlagen gibt es dann, wenn die zentrale Anlage zurückgebaut werden soll. Das bedeutet, dass alle Warmwasser- und Zirkulationsleitungen total aus dem System rausgenommen werden müssen.
Untertischgerät
Quelle: Stiebel Eltron

Doppelmantelspeicher
Trinkwassererwärmer (Speicher)
Pufferspeicher
Quelle: B & R Haustechnik
Ein Speicher ist eine Einrichtung zur Lagerung von Energie, Material oder Information (nicht verwenden und aufbewahren). So z. B. ein Pufferspeicher, der Energie aus einer thermischen Sorlaranlage speichert, die evtl. gar nicht genutzt wird oder ein Speicher, der Trinkwasser über einen schlechten Wirkungsgrad erwärmt und für einen evtl. Abruf bereithält.
Man unterscheidet zwischen der Speicherung von erwärmtem Trinkwasser und Heizungswasser.
Jede Speicherung von Energie hat mehr oder weniger Verluste, die mit erheblichen Aufwand minimiert werden müssen. So sind die Verluste durch falsche oder zu wenig Dämmung und durch falsch betriebene Speicheranlagen erheblich.
Ein Vorteil der Speicher ist, dass über verschiedene Wärmequelle Energie eingebracht werden können. So z. B. durch Kesselanlagen (Öl, Gas, feste Brennstoffe), thermische Solaranlagen, Wärmepumpen (Luft, Wasser), Geothermie und auch über elektrische Beheizung.
 
 
 

 

 

 

 

 

 

Die einfachste Bauart eines Speichers ist der Doppelmantelspeicher, der schon zu Zeiten der Schwerkraftheizung eingesetzt wurde, weil er geringe heizungsseitige Widerstände hat und das gesamte Speicherwasser voll durchwärmt. Diese Speicher wurden aus verzinktem Stahlbech hergestellt, was den Einsatz von Kupferrohren problematisch machte (Fließregel). Die heutigen Speicher sind in der Regel aus emailiertem Stahlblech oder Edelstahl

Heutzutage werden diese Speicher in Thermosiphon-Systemen eingesetzt. Hier durchströmt der Wärmeträger (Wasser, Wasser-Glykol-Gemisch) aufgrund des Schwerkraftprinzips den Doppelmantel.
Im Kollektor (Absorber) erwärmt sich die Flüssigkeit und verringert dabei ihre Dichte und bekommt gegenüber der kalten Flüssigkeit im Doppelmantel einen Auftrieb. Die warme Flüssigkeit steigt in den Doppelmantel und gibt dort die Wärme an das Trinkwasser ab. Die Temperatur fällt ab und und die Flüssigkeit strömt zurück zum Kollektor (Absorber).  Deswegen muss der Speicher immer über dem Kollektor (Absorber) angeordnet sein.
Der Einsatz in Anlagen mit Kaminofen und Wassertasche kann dieser Speicher auch eingesetzt werden, wenn kein Stromanschluss vorhanden ist (z. B. Ferienhaus, Berghüttte). Dabei übernimmt der Speicher in Verbindung mit einer Thermischen Ablaufsicherung (TAS) oder als offene Anlage die Sicherheitseinrichtungen.


Speicher für eine Thermosiphonsolaranlage
Quelle: Austria Email AG / Bosy

In dem Thermosiphonspeicher (Schichtenladespeicher) wird das Funktionsprinzip ausgenutzt, dass warmes Wasser eine geringere Dichte hat als kaltes und daher leichter ist und nach oben steigt. Um den Wärmetauscher (Solar- oder Heizungsanlage) ein Wärmeleitrohr angeordnet. Das Wärmeleitrohr ist unten mit einer Öffnung versehen, durch die das zu erwärmende Trinkwasser einströmt. Das Wasser erwärmt sich und steigt im Wärmeleitrohr nach oben, ohne sich mit dem umgebenden kälteren Wasser im Speicher zu vermischen. Im oberen Bereich dieses Wärmeleitrohrs sind in regelmäßigen Abständen Ausströmöffnungen mit temperaturgesteuerten Rückschlagklappen eingesetzt, durch die das erwärmte Wasser in die Schicht des Speichers mit gleicher Temperatur gelangt.
Thermosiphonspeicher - Trinkwasser
Thermosiphonspeicher für Heizungs- und Trinkwasser
Quelle: Bosch Thermotechnik GmbH
 
Trinkwassererwärmung
Pufferspeicher - alternate-energy.de
Vierzehnte Verordnung zum Produktsicherheitsgesetz (Druckgeräteverordnung) (14. ProdSV)
Wärmespeicher - Haase
Speicher-Spezialist - Austria Email AG
Speicher - Wassererwärmer - Viessmann Deutschland GmbH
Speicher für alle möglichen Einsätze - Jura Therm GmbH
Dimensionierungshilfe Warmwasser-Speicher (DiWa) - Buderus - Bosch Thermotechnik GmbH
Auslegung von Trinkwassererwärmern für den Wohnungsbau
Thermosiphonspeicher
In dem Thermosiphonspeicher (Schichtenladespeicher) wird das Funktionsprinzip ausgenutzt, dass warmes Wasser eine geringere Dichte hat als kaltes und daher leichter ist und nach oben steigt. Um den Wärmetauscher (Solar- oder Heizungsanlage) ein Wärmeleitrohr angeordnet. Das Wärmeleitrohr ist unten mit einer Öffnung versehen, durch die das zu erwärmende Trinkwasser einströmt. Das Wasser erwärmt sich und steigt im Wärmeleitrohr nach oben, ohne sich mit dem umgebenden kälteren Wasser im Speicher zu vermischen. Im oberen Bereich dieses Wärmeleitrohrs sind in regelmäßigen Abständen Ausströmöffnungen mit temperaturgesteuerten Rückschlagklappen eingesetzt, durch die das erwärmte Wasser in die Schicht des Speichers mit gleicher Temperatur gelangt.
Thermosiphonspeicher - Trinkwasser
Thermosiphonspeicher für Heizungs- und Trinkwasser
Quelle: Bosch Thermotechnik GmbH

Lastausgleichsbehälter
Ein Lastausgleichsbehälter (LAB) nimmt die überschüssige Energie auf, wenn der Wärmebedarf (Heizlast) unter die minimale Kesselleistung absinkt. Das kann bei allen Brennstoffen der Fall sein, die nicht sofort die Wärmeabgabe stoppen können, so z. B. Pellet- und Holzkessel (Ausbrand), die ohne Pufferspeicher in Betrieb sind, Aber auch Öl- und Gaskessel, die noch einige Zeit von den heißen Wärmeübergabeflächen im Kessel Wärme an das Heizungswasser abgeben.
Quelle: Windhager Zentralheizung Schweiz AG
Diese Behälter sind so in den Kesselkreislauf eingebunden, dass sie über dem Kessel angeordnet sind. Dadurch wird keine elektrische Hilfsenergie (Schwerkraftwirkung) zum Aufladen benötigt. Wird zu einem späteren Zeitpunkt wieder mehr Wärme benötigt, kann diese gespeicherte Energie genutzt werden. Auf diese Weise werden die Brennerstarts bzw. das Takten (Kuhschwanzheizung) deutlich reduziert und somit elektrische Zündenergie eingespart und der Verschleiß minimiert.   Wenn keine Pufferspeicherlösung notwendig ist (modulierende Betriebsweise), werden Bereitschaftsverluste verringert, was den Anlagen-Wirkungsgrad erhöht.
Diese Art der Einbindung eines größeren Wasservolumens wurde schon vor 30 Jahren (Einbindung in die TW-Erwärmung oder kleiner Pufferspeicher) bei der Einführung der Niedertemperatur-Ölkesseln angewendet. Aber auch in Anlagen mit geringen Wasserinhalt und/oder niedrigen Systemtemperaturen ist eine "Pufferung" der Wärme sinnvoll, weil es bei jedem unnötigen Brennerstart zu einem erhöhten Schadstoffausstoß kommt.
Brennerstarts
Quelle: Windhager Zentralheizung Schweiz AG
Schichtungspufferkessel
1 -Halsstutzen für Trinkwarmwasser-Wärmetauscher
2 - Brennkammer mit Brennkammereinsatz
3 - Solar-Halsstutzen
4 - Solar-Schichtungssytem
5 - Öl- oder Gasbrenner
Quelle: CARL CAPITO Heiztechnik GmbH

Der Pufferspeicher mit eingebauter Brennkammer kann verschiedene Wärmequellen nutzen. Bei dem Betrieb eines Öl- oder Gasbrenners wirkt der Puffer wie ein Lastausgleichsbehälter, wodurch ein Takten aufgrund der höheren Leistung des Brenners (ab 20 kW) reduziert wird (geringerer Schadstoffausstoß durch längere Brennerlaufzeiten). Die Kesselleistung wird benötigt, um eine ausreichende Trinkwassererwärmung über den im oberen Teil des Puffers eingebauten Wärmetauscher (Durchlauferwärmer bzw. Frischwasserstation) zu gewährleisten. Diese Art der Trinkwassererwärmung minimiert die Legionellenproblematik.
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Die Ladung eines Warmwasserspeichers (Trinkwassererwärmung) kann herkömmlich über einen in dem Speicher eingebauten Wärmetauscher (Rohrbündel) oder durch einen externen Plattenwärmetauscher (PWT) erfolgen.
Schichtladespeicher verkürzen die Aufheizzeit des Warmwassers
Quelle: Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG
Ein Schichtenspeicher, der über einen externen Plattenwärmetauscher geladen wird , stellt schon nach kurzer Aufheizzeit eine Nutztemperatur zur Verfügung.

Bei diesem System entnimmt eine Umwälzpumpe das Wasser aus dem unteren, kälteren Speicher-bereich und speist das über den PWT aufgeheizte Wasser oben in den Speicher (Obenladung) und schichtet entsprechend der Ladezeit das warme Wasser ein.

Dadurch steht schon nach kurzer Zeit warmes Wasser in brauchbarer Temperatur zur Entnahme zur Verfügung. Die Art der Ladung ist besonders bei kleineren Heizleistungen, so z. B. bei modellierende Brennwertthermen mit geringer Maximal-Leistung, Wärmepumpen oder thermischen Solaranlagen, von Vorteil.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass gegenüber der Rohrschlangenwärmeübertragung die Speichergröße kleiner gewählt werden kann. Dadurch werden auch die Bereitschaftsverluste und Legionellenproblematik reduziert.


Quelle: Dipl.-Ing. Winfried Hesse
Bei dem drucklosen Pufferspeicher befindet sich der Wasserdruck nicht im eigentlichen Speicher, sondern sich nur in den Rohrleitungen. Dieser Speicher lässt sich einfacher in bestehende Gebäude wegen der oft engen Türen und Treppenabgänge einbauen.
Hierfür wird ein im Keller geschweißter Tank verwendet. Dieser Wärmespeicher für Heizung und Warmwasser ist ein sehr einfach zu erstellender Kunststofftank mit 4.000 bis 6.000 Litern Inhalt (z. B. 1,5m x 1,5m und 2m hoch fassen gut 4.000 Liter). So wird ein kompaktes und größeres Volumen hergestellt.

Mit Wärmeleitkörper und Doppeltrichter schichtet dieser Speicher warmes Wasser oben ein und führt kaltes nach unten. Als weiteren wesentlichen Vorteil wird mit dieser Technik die Bildung bzw. Vermehrung von Bakterien (Legionellen) im warmen Wasser verhindert.

LATENTO - druckloser Pufferspeicher
SUN SAVE Standardspeicher - ein multifunktionaler druckloser Pufferspeicher

Mischarmatur
Eine thermostatische Mischarmatur wird dann notwendig, wenn das erwärmte Trinkwasser eine hohe Speichertemperatur hat. Dies ist besonders der Fall, wenn der Speicher über eine thermische Solaranlage aufgeheizt wird. Aber auch in Mehrfamilienhäusern muss die Speichertemperatur aus hygienischen Gründen auf > 60 °C gehalten werden. Diese Armatur regelt die Wassertemperatur zu den Zapfstellen auf ca. 40 °C runter.
Die Armatur kann zentral am Trinkwassererwärmer oder dezentral vor den Zapfstellen eingebaut werden. Eine dezentrale Anordnung wird immer dann notwendig, wenn in der Anlage Zapfstellen vorhanden sind, die eine höhere Warmwassertemperatur verlangen (z. B. Küchen).
Thermostatischer Wassermischer mit Verbrühschutz
Quelle: Honeywell GmbH

Der im Ausgangsstutzen zentral angeordnete hochempfindliche Thermostat steuert eine Regulierhülse, die in Abhängigkeit der Mischwassertemperatur den Zustrom von Kalt bzw. Warmwasser regelt. Der Steuerkolben besitzt auf der Kalt- und Warmwasserseite Weichdichtungen, die einen dichten Abschluss auf der Warmwasser-seite bei Ausfall der Kaltwasserversorgung, unter Voraussetzung, dass die Warmwassertemperatur min. 10 K höher ist als die eingestellte Mischwassertemperatur und eine Unterbrechung der Kaltwasserzufuhr bei Ausfall der Warmwasserversorgung.

In der Zirkulationsleitung muss ein Rückflussverhinderer eingebaut werden, der verhindert, dass an den Zapfstellen Kaltwasser über die Zirkulationsleitung beigemischt wird.
Schnitt durch den thermostatischen Wassermischer
Quelle: Honeywell GmbH
Einbaubeispiele einer Mischarmatur
Quelle: Honeywell GmbH

Thermostatischer Wassermischer mit Verbrühschutz  - Honeywell GmbH

Thermostatisches Mischventil - Danfoss GmbH

Wärmedämmung eines Speichers
Eine wirkungsvolle Wärmedämmung von Trinkwasser- und Pufferspeichern ist besonders wichtig, um die mit mehr oder weniger Aufwand und Kosten erzeugte bzw. "geerntete" Wärme über einen längeren Zeitraum möglichst verlustfrei zu speichern. Dies trifft gerade dann zu, wenn die eingespeicherte Wärme nicht am gleichen Tag genutzt werden kann. Auch die Hinweise (sogar von Fachleuten), dass die Wärmeverluste dem Haus unmittelbar zugute kommen, rechtfertigen eine nachlässige Dämmung nicht, da die Wärme unkontrolliert, nicht regelbar an Räume, die nicht unbeding beheizt werden sollen, abgegeben wird.
So nutzt z. B. die beste thermische Solaranlage oder Wärmeerzeugungsanlage nichts, wenn der Warmwasser- und/oder Pufferspeicher hohe Wärmeverluste hat. Ein Speicher zur kombinierten Warmwasser-bereitung und Heizungsunterstützung muss so effizient gegen Wärmeverluste gedämmt werden, dass die Wärme auch 5 Tage später noch genutzt werden kann.

In vielen Fällen reicht die vom Hersteller angebrachte Dämmung nicht aus. Auch sollte bedacht werden, dass Rohrleitungs- und Anschlussverluste, aber auch eine falsche hydraulische Anbindung, zu erheblichen Verlusten führen können. Über die noch vertretbaren Verluste wird in Fachkreisen immer wieder gestritten. Allgemein besteht die Meinung, dass ein Speicher mit 60 °C max. 4 K und mit 90 °C max. 6 K in 24 Stunden abkühlen darf.

Um diese Werte zu erreichen, muss ein gutes Dämmkonzept vorliegen . Dieses besteht aus
  •  Dämmmaterial der Speicherwandung
  •  Bodendämmung
  •  Anschlussdämmung
  •  Rohrleitungsdämmung
Die üblichen Dämmaterialien für Speicher bestehen PU-Weichschaum, PU-Hartschaum, Melamin (Harzschaum), EPP (Partikelschaumstoff) und EPS (Polystyrol > Styropor). Die Wärmeleitfähigkeit von PU-Weichschaum ist um bis zu knapp 60 %, die von PU-Hartschaum und Melamin um bis zu 10 % und die von EPP um bis zu 25 % größer als die von EPS. Eine Aluminiumfolie vermindert den Strahlungsaustausch zwischen der Speicherwandung und der Dämmung. Viele Speicher, die in Eigenbau nachträglich verkleidet und gedämmt werden, bekommen eine Dämmung aus Schüttdämmstoffen (Einblasdämmstoffe) z. B. Zelluloseflocken, Silikatleichtschaum, Steinwolle-, Perlit- oder EPS-Granulat.
Der Speicherboden kann mit zu einem Wärmeverlust des Speichers (bis zu 25 %) beitragen. Im ungedämmten Keller oder in Räumen außerhalb der beheizten Gebäudehülle können auch bei gut schichtenden Speichern verhältnismäßig große Wärmeverluste zum Fußboden entstehen. Die Wärmeverluste über den Speicherboden kommen zu einem großen Teil aus der Wärmeleitung über die Stahlfüße oder den Standring. Deswegen sollten diese wenigstens aus Kunststoff bestehen. Besser wäre auf jeden Fall eine tragfähige Dämmplatte unter dem Speicher.
Dass auch die Speicheranschlüsse und Armaturen mit dicken Dämmaterial bzw. Dämmschalen versehen werden, sollte selbstverständlich sein. So kann eine Verschraubung oder ein Ventil aufgrund der großen Oberfläche etwa die Wärmemenge eines 2 bis 5 m langen ungedämmten Rohres abgeben. Studien über dieses Thema sind in Arbeit.
Alle vom Speicher abgehenden Rohrleitungen sollten während der Stillstandszeit möglichst nicht warm werden. Das kann nur erreicht werden, wenn in den Rohren keine Mikrozirkulation (Eigenzirkulation) entsteht. Hier wirkt eine gute dicke Wärmedämmung dem Effekt entgegen. Aber je nach den Gegebenheiten muss trotztdem eine Schwerkraftbremse, ein Thermosiphon oder Magnetventile eingesetzt werden. Viele Speicherhersteller haben schon in die Speicheranschlüsse solche Bremsen eingebaut, die aber je nach dem auftretenden Umtriebsdruck der Anlage nicht wirksam sind.
Abschätzung der Speicherbereitschaftsverluste für Pufferspeicher

Elektro-Warmwasserspeicher (5 Liter) gibt es als Untertisch- oder Übertisch-Ausführung, sowie mit und ohne Armatur. Sie haben stufenlos einstellbare Temperaturbereiche zwischen 30 C° und 85 C°, eine Nennleistung von 2 kW und eine Nennspannung von 230 V.
Diese Geräte dürfen nur mit Niederdruck-Armaturen betrieben werden, da es sich um drucklose Speicher handelt, bei denen das Ausdehnungswasser über die Armatur abtropft.
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Quelle: Kaldewei

Niederdruckarmatur - druckloser Speicher
Frischwasserstation
Trinkwasser - ein Lebensmittel
DVGW-Arbeitsblätter W 551 + W 552 wurden zusammengefasst
DVGW-Arbeitsblatt W 551
Datenschieber - Trinkwasserzirkulation - Oventrop
Verkalkung von Warmwasser-Systemen und Kombi-Solaranlagen
Wärmedämmung von Pufferspeicher
Schemensammlung - Solarbayer® GmbH
Die Errichtung einer Trinkwasserinstallation und wesentliche Veränderungen an diesen dürfen nur von Installationsbetrieben durchgeführt werden, die in das Installateurverzeichnis eines WVU eingetragen sind.
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