Durchlauferhitzer

Elektrischer Durchlauferhitzer, ein Fabrikat aus Deutschland

Ein Durchlauferhitzer ist ein fest installiertes Gerät zur Warmwasserbereitung. Im Gegensatz zum Boiler, der in einem Vorratsbehälter eine begrenzte Warmwassermenge bereitstellt, erwärmt ein Durchlauferhitzer das Wasser erst dann, wenn ein Wasserhahn geöffnet wird. Durch die hohe Wärmeleistung kann ein Durchlauferhitzer kontinuierlich warmes Wasser erzeugen. Durchlauferhitzer werden meistens für die dezentrale Warmwasserversorgung (z. B. im Badezimmer, weniger häufig in der Küche) eingesetzt. Sie eignen sich nicht zur Bereitung von kochendem Wasser. Dient das Gerät gleichzeitig zum Betrieb der Heizung, so handelt es sich um eine Kombitherme. Aktuelle Modelle ermöglichen auch den Anschluss an eine Solaranlage.

Funktionsprinzip

Prinzip eines gasbetriebenen Durchlauferhitzers

Wird das Wasser am Wasserhahn gezapft, detektiert das Gerät den Durchfluss. Das fließende Wasser wird erwärmt. Wird die Wasserentnahme unterbrochen, z. B. durch Zudrehen des Warmwasserhahnes, muss die Energiezufuhr umgehend abgeschaltet werden. Geschieht das nicht oder stark verzögert, können die zugeführten Energiemengen nicht mehr mit dem durchfließenden Wasser abgeführt werden, das Wasser wird überhitzt. In solch einem Störfall wird das Gerät durch einen Sicherheitstemperaturbegrenzer außer Betrieb gesetzt und muss durch eine qualifizierte Person wieder in Betrieb genommen werden. Als weitere Sicherheitsmaßnahmen werden auch Sicherheitsdruckschalter verwendet.

Die Länge der Wasserleitung zwischen Durchlauferhitzer und Zapfstelle(n) sollte möglichst kurz gehalten werden, da sich das in der Leitung stehende Wasser zwischen den Zapfvorgängen abkühlt und erst abfließen muss, bis die gewünschte Auslauf-Temperatur erreicht wird.

Durchlauferhitzer werden nach der verwendeten Energieart, ihrer Funktionsweise (Energiewandlung, Prinzip des Wärmeübertragers) sowie nach dem vorgesehenen Einsatzgebiet unterschieden.

So gibt es die gasbetriebenen und elektrischen Durchlauferhitzer, die wiederum sich nach hydraulischer und elektronischer Detektion des Wasserdurchflusses unterteilen. Bei den elektrischen Durchlauferhitzern wird zusätzlich noch nach den Prinzipien der Wärmeübertragung an das Wasser unterschieden in Rohrheizkörper- und Blankdrahtgeräten sowie nach gesteuertem oder geregeltem Verhalten.

Die Detektion des Durchflusses im Gerät erfolgt mittels eines Differenzdruckschalters bei hydraulischen Geräten und mittels eines Turbinen-Durchflussmessers bei den elektronischen. Der Differenzdruckschalter funktioniert rein mechanisch. Er registriert den Druckunterschied beim Zapfen und schaltet die Energiezufuhr ein. Je nach Strömungsgeschwindigkeit und Druckverhältnissen wird die Membran mehr oder weniger ausgelenkt und es können mehrere Leistungsstufen realisiert werden. In der Praxis sind jedoch nur zwei Stufen üblich. Der Turbinen-Durchflussmesser benötigt für die Auswertung des Durchflusses eine elektronische Baugruppe, hat aber den Vorteil, dass die Auswertung unabhängig von den Druckverhältnissen und stufenlos erfolgen kann. Beide Systeme benötigen einen Mindestdurchfluss, um eine Wasserentnahme zu detektieren und auch bei geringst möglicher Leistungsabgabe die geringe Menge des Wassers nicht zum Sieden zu bringen.

Die Wärmeübertragung an das Wasser erfolgt durch einen Wärmeübertrager, z. B. ein elektrischer Rohrheizkörper, innerhalb eines Behälters mit zwei Wasseranschlüssen. Das Wasser umfließt den Rohrheizkörper und wird dabei erwärmt. Wärmeübertrager werden meistens aus Kupfer hergestellt, da Kupfer ein guter Wärmeleiter ist. Bei den elektrischen Geräten kann auf einen Wärmeübertrager verzichtet werden. Bei den Blankdrahtgeräten werden im Gegensatz zu den Rohrheizkörpern die Heizspiralen direkt vom Wasser umflossen.

Typen nach Energieart

Elektrische Durchlauferhitzer

Betriebsbedingungen

Beispiel eines in England gebräuchlichen elektrischen Dusch-Durchlauferhitzers

In Südamerika gebräuchliche Duschkopf-Durchlauferhitzer; Leistung: 0 bis 5,2 kW bei 127 Volt, 0 bis 6,6 kW bei 220 Volt

Für das schnelle Aufwärmen des Wassers ist eine große elektrische Leistung erforderlich. Marktüblich sind Durchlauferhitzer mit 18, 21, 24, 27 und 33 kW Anschlusswert. Sogenannte „Kompakt-Durchlauferhitzer“ verfügen über einen Anschlusswert von 11 oder 13,5 kW (auch umschaltbar).

Je höher die Heizleistung, desto mehr Wasser kann auf eine gewünschte Temperatur erwärmt werden. Für die Erwärmung von Trinkwasser auf Bade- bzw. Duschtemperatur von 38 °C ausgehend von einer Kaltwassertemperatur um 11 °C ist die folgende Faustformel üblich:

${\frac {\text{Leistung (in kW)}}{2}}\approx {\frac {\text{Liter Warmwasser}}{\text{Minute}}}$

Bei hydraulisch gesteuerten Durchlauferhitzern nimmt die Temperatur des Wassers gewöhnlich mit steigender Durchflussmenge ab. Elektronisch geregelte Systeme hingegen bieten über den gesamten Betriebsbereich eine konstante Ausgangstemperatur.

Hydraulisch gesteuerte Durchlauferhitzer

Bei Modellen mit hydraulischer Steuerung erfolgt die Erwärmung mit bis zu drei Heizleistungsstufen. Kleinste Wassermengen können mit hydraulischen Durchlauferhitzern nicht erwärmt werden, denn zum Einschalten ist eine Mindestdurchflussmenge erforderlich. Das Zumischen von kaltem Wasser ist daher nur in Grenzen sinnvoll. Läuft zu wenig warmes Wasser, schaltet der Durchlauferhitzer komplett ab.

Das Wasser wird meist mittels eines Blankdrahtheizelements erhitzt, bei dem die Heizdrähte direkt vom Wasser umspült werden. Das Leitungswasser wirkt isolierend gegenüber den leitenden Teilen, so dass bis zu einem bestimmten, am Geräteschild ersichtlichen Grenz-Leitwert, unter dem das Wasser liegen muss, keine nennenswerten Fehlerströme auftreten. Die Blankdrahtheizelemente haben gegenüber den früher verwendeten indirekt beheizten Rohrheizkörpern neben dem höheren Wirkungsgrad auch den Vorteil einer wesentlich kürzeren Reaktions- und damit Aufheizzeit, zudem reduzieren sie die Verkalkung des Gerätes erheblich. Nachteilig ist die höhere Anfälligkeit gegenüber Lufteinschlüssen und Dampfblasen, die zu einer partiellen Überhitzung der Heizdrähte führen können.

Elektronisch geregelter Durchlauferhitzer

Stufenlos elektronisch geregelter Durchlauferhitzer mit 21 Kilowatt Maximalleistung.
TW=Abgang zu den Zapfstellen
TWW=Zuleitung mit Regelungsventil
L1/L2/L3/PE=Elektr. Anschluss
1) Heizpatrone
2) Druckschalter
3) Zentrale Befestigungsschraube
L2 der oberen Klemmverbindung (zweite von links) ist bereits angesengt und die zugehörige Aderisolierung angeschmolzen. Das Gerät ist nicht betriebssicher.

Bei den elektronischen Durchlauferhitzern kann die Wassertemperatur am Gerät vorgewählt werden. Die Zumischung von kaltem Wasser kann somit entfallen. Aber auch wenn eine Mischarmatur eingesetzt wird, sogar eine thermostatisch geregelte, unterliegen echte elektronisch geregelte Durchlauferhitzer nicht mehr den Einschränkungen der hydraulischen Durchlauferhitzer, für die explizit für Durchlauferhitzer geeignete thermostatische Mischarmaturen benötigt würden.

Vorteile sind erhöhter Komfort und ein etwas besserer Wirkungsgrad, der eine Energieeinsparung bis 20 Prozent gegenüber hydraulischen Durchlauferhitzern ermöglicht, da auch kleine Wassermengen nur so stark wie nötig erwärmt werden. Die Erwärmung erfolgt weitgehend stufenlos.

Vollelektronische Durchlauferhitzer können die Auslauftemperatur auch über die Leistungsgrenze hinaus konstant halten, indem sie per elektronisch geregeltem Motorventil die Durchflussmenge so weit reduzieren, dass die eingestellte Wunschtemperatur erreicht wird. Der weltweit erste vollelektronische Durchlauferhitzer wurde 1987 von Stiebel Eltron entwickelt und patentiert.

Die hohen Betriebströme erlauben keine Steuerung per Phasenanschnittsteuerung, welche erhebliche Verzerrungsblindleistungen nach sich ziehen würden. Die gemittelte Leistung stellt sich durch Anwendung der nahezu rückwirkungsfreien Schwingungspaketsteuerung ein.

Daneben gibt es auch als elektronisch beworbene Durchlauferhitzer ohne teure Leistungselektronik, die lediglich über ein elektronisch geregeltes Motorventil verfügen. Durch Regelung der Durchflussmenge kann mit Einschränkungen die Temperatur konstant gehalten werden, daher weisen solche Geräte ähnliche Einschränkungen wie die hydraulisch geregelten Durchlauferhitzer auf.

Elektrischer Anschluss

Aufgrund der hohen Leistungsaufnahme sind Durchlauferhitzer fast ausschließlich zum Anschluss an das dreiphasige Drehstromnetz vorgesehen. Wegen der hohen notwendigen Ströme sind sie in vielen Altbauten nur nach Austausch der Wohnungs- oder Hausanschlussleitung am Stromnetz verwendbar. Wird die Leitung zu klein dimensioniert, kann ein Hausbrand entstehen.

Durchlauferhitzer dürfen nur von geschultem Fachpersonal angeschlossen werden. In einigen deutschen Gegenden muss eine Genehmigung des jeweiligen Energieversorgungsunternehmens eingeholt werden, bevor ein elektrischer Durchlauferhitzer installiert wird.

Kleindurchlauferhitzer

Kleiner Durchlauferhitzer für Badewasser

Klein-Durchlauferhitzer mit 3,6 kW Anschlussleistung

Als Kleindurchlauferhitzer werden Geräte mit einer Leistung von 3,5–6,5 Kilowatt bezeichnet, die zur Versorgung einzelner Zapfstellen dienen. Die geringe elektrische Leistung führt dabei nur zu einer geringen Warmwasserleistung: Ein 3,5-kW-Gerät erreicht bei einer Durchflussmenge von 2 Litern pro Minute eine Temperaturerhöhung von 25 Kelvin. Diese Geräte eignen sich für Stellen, an denen geringe Mengen warmen Wassers mit einer nicht so hohen Temperatur benötigt werden, etwa im Gäste-WC. Sie sind eine sinnvolle Alternative gegenüber wenig benutzten, klassischen 5-Liter-Kleinspeichern, da keine Bereitschaftsverluste entstehen. Der geringe Wasserdurchsatz wird durch Strahlformer mit engen Düsen am Auslauf der Armatur kaschiert. Bei Kleindurchlauferhitzern ist auf die notwendige elektrische Sicherung mit max. 16 Ampere (bei 230 V) zu achten. Der Querschnitt der Leitung sollte mindestens 2,5 mm² betragen.

Gasdurchlauferhitzer

Gas-Durchlauferhitzer der Fa. Hugo Junkers

Bei einem Gasdurchlauferhitzer wird, entweder durch eine ständig brennende Zündflamme oder einen selbsttätig zuschaltenden Piezozünder, ein Gasbrenner bei Bedarf gezündet und betrieben. Das zu erwärmende Wasser wird in Röhren mit Lamellen durch die Flammen geleitet und dabei erhitzt (siehe auch Wärmeübertrager). Die neueste Generation von Gas-Durchlauferhitzern kommt beim Zünden ohne zusätzlichen Stromanschluss aus: Hier wird eine Batterie- oder Generatorzündung (unter Verwendung der Strömungsenergie aus dem fließenden Wasser) verwendet; dies ist aber nur bei Modellen zur ausschließlichen Warmwasserbereitung von Interesse, da Kombithermen wegen der Umwälzpumpe für den Heizkreislauf ohnehin einen Stromanschluss benötigen. Je nach baulicher Situation und abhängig von der Leistung des Geräts ist es notwendig, den Durchlauferhitzer an einen Schornstein anzuschließen. Andernfalls genügt eine Frischluftzufuhr und eine Abgasabgabe durch eine Außenwand ins Freie.

Gasdurchlauferhitzer werden zum überwiegenden Teil mit Erdgas betrieben, wenn eine entsprechende Versorgung vorhanden ist; daneben kann auch Flüssiggas aus Flaschen oder ortsfesten Anlagen verfeuert werden, etwa wenn kein Gasanschluss vorhanden ist. Zur Umstellung der Gasart muss lediglich vom Installateur die Düse gewechselt werden.

Gasdurchlauferhitzer sind meist deutlich größer als ihre elektrischen Pendants.

Wirkungsgrad und Einsatzgebiete

Der elektrische Durchlauferhitzer setzt die elektrische Energie mit einem Wirkungsgrad von bis zu 99 Prozent in Wassererwärmung um. Die restliche Energie sind Leitungsverluste in Form von Wärme und Abstrahlverluste des Gerätes. Allerdings sind die Art der Erzeugung des elektrischen Stroms und seine Verteilung bis zum Hausanschluss mit erheblichen Verlusten behaftet. Daraus ergibt sich je nach verwendeter Primärenergie wie Kohle, Erdgas, Öl, Sonne, Wind oder Kernenergie ein deutlich geringerer Gesamtwirkungsgrad von ca. 30–40 Prozent.

Gasdurchlauferhitzer weisen einen Gesamtwirkungsgrad von etwa 75–85 Prozent auf, was bedeutet, dass von einer bezahlten Kilowattstunde nur ca. 15–25 Prozent verloren gehen. Diese Verluste setzen sich aus Abwärme durch den Schornstein und Abstrahlungsverlusten des Gerätes zusammen.

Wird die für beide Verfahren einzusetzende Primärenergie verglichen, so wird bei gleicher Warmwasserleistung mit einem elektrischen Durchlauferhitzer etwa dreimal so viel Primärenergie pro Liter benötigt wie mit dem Gasgerät (Strom aus einem Dampfkraftwerk angenommen).

Durchlauferhitzer können Energie und Wasser sparen, da sie das Wasser zumeist nahe der Verbrauchsstelle erwärmen. Gegenüber einer zentralen Warmwasserversorgung mit Warmwasserspeicher können die Ablaufverluste („bis warmes Wasser kommt“) bzw. die Wärmeverluste durch Rohrleitungen und der elektrische Energiebedarf für Zirkulationspumpen reduziert werden. Auch verringert sich meist der Umfang der zu installierenden Warmwasserverrohrung. Dies macht sich besonders bei abseits liegenden Verbrauchsstellen mit geringer Abnahme (z. B. Gäste-WC) bemerkbar, so dass hier der Einsatz strombetriebener Geräte gerechtfertigt ist.

Gasbetriebene Durchlauferhitzer und zentrale Warmwasserbereitung mit Boilern können bei regelmäßigem und höherem Warmwasserbedarf deutlich energieeffizienter und damit auch kostengünstiger im Betrieb sein. So finden beispielsweise gasbetriebene kombinierte Warmwasser-/Heizungs-Durchlauferhitzer als Etagenheizung in Mehrfamilienhäusern Verwendung.

Wartungskosten

Die Heizkomponenten elektrischer Durchlauferhitzer bedürfen keiner, die der gasbetriebenen Geräte einer jährlichen Wartung und Reinigung der Brennräume. Zudem werden die Gasgeräte vom Schornsteinfeger regelmäßig überprüft.

Die Wasserseite muss in beiden Fällen einer Wartung unterzogen werden, da sich dort mit der Zeit Kesselstein ablagert, der fachgerecht entfernt werden sollte. Unterbleibt diese Entkalkung, verschlechtert sich der Wärmedurchgang, womit der Wirkungsgrad sinkt.

Elektrische Durchlauferhitzer mit Blankdraht-Heizelementen gelten als wartungsfrei und brauchen nicht entkalkt zu werden. Wegen der besonders massearmen Heizelemente (Draht) verbleibt nach dem Abschalten kaum Nachwärme, was den wesentlichen Grund für die Verringerung der Kesselstein-Ausscheidungen darstellt. Des Weiteren wird auf Grund des Ausdehnens (Erwärmung) und Zusammenziehens (Abkühlung) des Heizdrahtes ein zu großer Kesselsteinbelag abgesprengt.

Verbrauchs- und Unterhaltskosten

Diese Beispiele erfolgen auf Grund üblicher Kosten in Deutschland.

Betrieb mit Strom

Üblicherweise werden elektrische Durchlauferhitzer mit Haushaltsstrom betrieben. Der Stromverbrauch eines Durchlauferhitzers lässt sich näherungsweise „anhand der Maximalleistung des Geräts ermitteln“. Ein Durchlauferhitzer mit einer Leistungsaufnahme von 18 Kilowatt (kW) verbraucht bei voller Leistung in einer Stunde 18 Kilowattstunden (kWh). Wenn in einem 2-Personen-Haushalt täglich zehn Minuten geduscht wird, ergibt sich ein Verbrauch von 1.095 kWh pro Jahr. Bei einem Durchschnittspreis von 28 Cent pro kWh ergeben sich jährliche Kosten von 306,60 € brutto.

Betrieb mit Erdgas

Die Energiekosten von Erdgas betragen etwa 6 ct/kWh. Die Kosten für Warmwasser aus einem mit Erdgas betriebenen Durchlauferhitzer setzen sich wie folgt zusammen:

• Schornsteinfeger und Wartung (ca. 60 €/Jahr voll bzw. anteilig bei parallel betriebenen anderen Gasgeräten)
• Grundgebühr/Miete für den Gaszähler (voll bzw. anteilig bei parallel betriebenen anderen Gasgeräten)
• Stromkosten für den Betrieb des Gasdurchlauferhitzers (nach o.A. Beispiel 60 Betriebsstunden je Jahr mit ≈100 Watt Elektr. Leistung: 6 kWh/a, mit 0,28 €/kWh: 1,68 €/a)
• Kosten für Erdgas (nach o.A. Beispiel 1095 kWh, mit angenommenen Wirkungsgrad von 65 %: 1685 kWh Gas zu 6 ct/kWh: 101,10 €/a)

Bei einem ausreichend hohen Anteil Strom aus erneuerbaren Quellen (Strommix) ist der Einsatz elektrischer Durchlauferhitzer ökologisch schonender. Die reinen Energiekosten beim erdgasbetriebenen Durchlauferhitzer sind allerdings wesentlich geringer und betragen selbst bei einem schlechten Wirkungsgrad des Gas-Durchlauferhitzers von unter 70 Prozent nur etwa ein Drittel der Stromkosten. Allerdings können die höheren Anschaffungs-, Installations- und Wartungskosten samt Kaminkehrer beim Gasgeräten bei nur geringen Verbräuchen diesen Vorteil wieder zunichte machen.

Literatur

• Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik 03/04. einschließlich Warmwasser- und Kältetechnik. Oldenbourg Industrieverlag, München 2003, ISBN 3-486-26534-2, 4.2.1 Einzel- und Gruppenversorgung, S. 1699-1710.
• Karl Volger, Erhard Laasch (Bearb.): Haustechnik. Grundlagen, Planung, Ausführung. 10. Auflage. Teubner, 1999, ISBN 3-519-15265-7.

Weblinks

 Commons: Durchlauferhitzer – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Durchlauferhitzer – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen