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Experten-Ratgeber zur Technik und Einsatz von Elektrospeichern

Was ist ein Elektrospeicher? Welche Aufgabe hat der elektrisch betriebene Warmwasserspeicher und wie erfüllt er diese bautechnisch? Wann rechnet sich der Betrieb eines Elektrospeichers?

Wir informieren Sie in diesem Artikel über Elektrospeicher, die zur Bereitstellung von Warmwasser in Haushalten zum Einsatz kommen. Sie erfahren bautechnische Unterschiede und sich daraus ergebende Varianten in Funktionsweise und Verwendung.

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Begriffserklärung und Abgrenzung zu gleichnamigen Geräten

Elektro-Speicher Eco Progress von Austria Email mit Smart Control Elektronik, automatischem Legionellenschutz, Fehlererkennung bei Trockenlauf sowie einer Urlaubsschaltung und Kindersicherung. (Foto: Austria Email)
Elektro-Speicher Eco Progress von Austria Email mit Smart Control Elektronik, automatischem Legionellenschutz, Fehlererkennung bei Trockenlauf sowie einer Urlaubsschaltung und Kindersicherung. (Foto: Austria Email)

Der Begriff Elektrospeicher wird verwirrenderweise für unterschiedliche technische Geräte benutzt.

Zum einen bezeichnet man damit Warmwasserspeicher (auch Trinkwasserspeicher genannt), die eine bestimmte Wassermenge, die sie in ihrem Innern vorrätig halten, mit Hilfe elektrischer Energie, also Strom, erhitzen, so dass das warme Wasser vom Verbraucher über Wasserhahn und Dusche gezapft werden kann. Solche Elektrospeicher funktionieren ähnlich wie ein Boiler und werden deshalb auch als Synonym als Boiler bezeichnet.

Typisch für Elektrospeicher ist jedoch, dass sie ständig mit Trinkwasser beziehungsweise Brauchwasser gefüllt sind und durchgehend beheizt werden. Der Boiler hingegen wird für den Moment der Entnahme des heißen Wassers gefüllt und beheizt. Der Elektrospeicher ist gedämmt, der Boiler nicht.

Überdies werden sie wegen ihrer vergleichsweise geringen Größe auch unter der Bezeichnung Kleinspeicher oder wegen ihrer typischen Montageart unter der Bezeichnung Hänge- oder auch Wandspeicher auf dem Markt gehandelt. Da solche Elektrospeicher häufig unter dem Waschtisch, sprich: unter Spül- und Waschbecken in Küche und Bad, platziert werden, nennt man sie alternativ auch Unter-Tisch-Speicher. Weitere gängige Bezeichnungen sind Speichererhitzer, Heißwasserspeicher oder nur kurz: Speicher sowie die Bezeichnungen Heißwasser(auf)bereiter und Warmwasser(auf)bereiter.

Zum anderen nennt man auch Stromspeicher, die Strom speichern, Elektrospeicher. Die Bezeichnung Elektrospeicher für solche Stromspeicher ist zwar recht geläufig, aber ungenau, denn da die Stromspeicher Strom, also Elektrizität speichern, müssten sie wenn schon denn schon Elektrizitätsspeicher heißen.

Die Benutzung des Begriffs zeigt demnach, dass sich das „elektro“ einmal auf die Art und Weise bezieht, wie das Warmwasser im Elektrospeicher erwärmt wird: elektrisch, und einmal darauf, was gespeichert wird: Elektrizität (Strom).

Trinkwasser-Temperaturen, Hygiene und Legionellenschutz

Die Aufheiztemperatur von Elektrospeichern liegt in der Regel zwischen 60 und 82 Grad Celsius. Höhere Gradzahlen sind eher selten. Die Temperatur stellt man entsprechend der benötigten Wassermenge meist fest ein. Dabei gilt: Wird eine höhere Temperatur gewählt (variable Größe), reicht die durch das Fassungsvermögen des Speichers begrenzte Wassermenge (fixe Größe) wegen der Zumischung von kaltem Wasser länger. Um Energie zu sparen, kann man das Speicherwasser auch auf etwa 40°C aufheizen und bevorraten.

Da Elektrospeicher aus Edelstahl oder emailliertem Stahl gefertigt werden, können insbesondere im zweiten Fall Korrosionen auftreten, die im Wesentlichen durch 

  • den Sauerstoffgehalt des Wassers,
  • die im Wasser gelösten Salze und
  • erhöhte Wassertemperaturen verursacht werden.

Dabei gehen Metallionen unter Abgabe von Elektronen in Lösung und bilden dabei Oxide. Um die Trinkwasserqualität zu bewahren, verfügen Elektro-Warmwasserspeicher daher wie andere Trinkwasserspeicher auch über einen kathodischen Schutz gegen Korrosion (z. B. Titananoden) durch eine galvanische Anode oder Fremdstromanode. Auch durch den Elektroheizstab selbst werden insbesondere Kalkablagerungen vermindert.

Wählt man hingegen kältere Temperaturen, riskiert man, dass sich Legionellen darin vermehren, die über fein versprühte Wassertropfen wie sie beim Duschen häufig entstehen, in die Lunge gelangen können und die Legionärskrankheit auslösen können.

Expertenrat: Der Deutsche Verein des gas- und Wasserfachs e.V. (DVGW), der Branchenverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft, der in seinem Bereich Gas und Wasser Regeln und Normen erarbeitet, sieht in seinem Arbeitsblatt W 551 (April 2004) mindestens 60 Grad Celsius für den Betrieb von Warmwassererzeugungsanlagen vor.

Manche Speicher bieten auch die Möglichkeit einer sogenannten Legionellenschaltung: Damit heben die Geräte die Speichertemperatur kurzfristig an, um so die Legionellen auszuschalten. Wie häufig dies geschieht (Frequenz), ist geräteabhängig und kann häufig vom Warmwasserverbraucher eingestellt werden. Übliche Frequenzen sind zwischen einmal in der Woche bis hin zu mehreren Malen pro Tag.

Die Legionellenschaltung zeigt allerdings bei bereits kontaminierten Speichern und Trinkwasser-Anlagen keine Wirkung und bietet nur einen vorbeugenden Schutz. Daher unterscheidet man zwischen der vorbeugenden thermischen Desinfektion durch eine Legionellenschaltung und der thermischen Desinfektion, die bei Temperaturen über 70 °C bestehende Mikroorganismen abtötet. Dazu muss der Elektrospeicher so betrieben werden, dass 70 °C heißes Wasser in den Leitungen fließt und Wasserentnahmestellen für mindestens 3 Minuten geöffnet werden.

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Funktionsprinzip und elektrische Speicherarten

Im Elektrospeicher sitzt ein elektrisches Heizelement, das aus einem Heizleiter, auch Widerstandsdraht genannt, besteht, der zum Schutz in einem Metallrohr steckt, dass rostfest ist. Daneben gibt es ein sogenanntes Fühlrohr, das zu einem temperaturgesteuerten Schalter gehört, mit dessen Hilfe die Aufheiztemperatur im Speicher geregelt wird. Die Regelung erfolgt meist über einen Drehknopf. Außerdem gibt es zur Sicherheit eine thermische Sicherung, die für den Fall, dass der Regler versagt, ausschließen soll, dass der Elektrospeicher in Flammen aufgeht und das Feuer Schaden anrichtet. Ist sie einmal aktiv gewesen, muss sie entweder zurückgesetzt oder ausgetauscht werden. Kaltes Wasser strömt unten in den Elektrospeicher ein, das heiße Wasser wird oben entnommen. Es ergibt sich also im Speicher eine Temperaturschichtung.

Man unterscheidet drei Bauarten bei Elektrospeichern:

geschlossene, druckfeste Elektrospeicher

Elektrospeicher, die ein geschlossenes System bilden, haben starke Wände, so dass sie dem Leitungsdruck von bis zu 10 bar locker standhalten, der ungünstigenfalls ständig herrscht. Damit kein heißes Wasser in die Versorgungsleitung zurückfließt, brauchen die Elektrospeicher ein sogenanntes Rückschlagventil. Und ein Sicherheitsventil schützt vor Überdruck infolge der Erwärmung und dient zugleich als Auslauf für das sich während der Erwärmung ausdehnende Trinkwasser. Das stetig tropfende Trinkwasser muss ins Abwasser abgeleitet werden. Solche Modelle nennt man auch Verdrängungs-Warmwasserspeicher oder Verdrängungs-Elektrospeicher. Sie haben meist ein Fassungsvermögen zwischen 30 und 120 Litern und können mehrere Zapfstellen versorgen (zentrale Versorgung).

offene, drucklose Elektrospeicher

Offen und drucklos betriebene Elektrospeicher sind dagegen viel kleiner (Fassungsvermögen zwischen 5 und 15 Litern) und dienen der Warmwasserversorgung einer Zapfstelle (Einzelversorgung). Beim Öffnen des Wasserhahns fließt kaltes Wasser in den unteren Bereich des Elektrospeichers. Zugleich fließt oben heißes Wasser drucklos aus (drucklose Verdrängung) und strömt aus dem stetig offenen Auslauf des Hahns. Die Mischbatterie ist eine sogenannte Niederdruck-Mischbatterie mit drei zwingend notwendigen Anschlussschläuchen. Solche drucklos betriebenen Elektrospeicher können sowohl ober- als auch unterhalb der Mischbatterie (Entnahmestelle) platziert werden. Man nennt sie deshalb auch Oberbau- und Unterbauwarmwasserbereiter.

Elektrodenkessel

Der Parat Elektroden-Kessel kann Schwankungen der Netzfrequenz ausgleichen oder günstigen Strom in Heißwasser/Dampf umwandeln. (Foto: Parat Halvorsen AS)
Der Parat Elektroden-Kessel kann Schwankungen der Netzfrequenz ausgleichen oder günstigen Strom in Heißwasser/Dampf umwandeln. (Foto: Parat Halvorsen AS)

Elektrodenkessel sind eine spezielle Form von Elektrospeichern und dienen der Erzeugung von Warmwasser, Heißwasser oder auch Dampf. Der Unterschied besteht darin, dass Elektrodenkessel nicht mit Gleich- sondern mit Wechselstrom direkt beaufschlagt werden und der Strom direkt ohne Widerstandsheizung direkt im Elektrodenkessel in das Wasser mittels zumeist drei Elektroden eingebracht wird. Die Elektroden-Kesselspeicher, die zumeist direkt mit einer Spannung von 3 kV bis 36 kV beaufschlagt werden und einen Leistungsbereich von 0,5 MW bis 50 MW abdecken, stellen eine weitere Möglichkeit dar, Power-to-Heat-Anlagen in Nah- und Fernwärmenetzen zu realisieren.

Überblick über Elektro-Speichergrößen

Kleine Elektrospeicher fassen fünf bis fünfzehn Liter Wasser, stellen also dank der Zumischung von Kaltwasser unter das heiße Wasser genügend Warmwasser für einen Handspülgang oder eine Körperwäsche zur Verfügung.

Mittelgroße Elektrospeicher kommen mit einem Fassungsvermögen zwischen 70 und 200 Litern Wasser daher und füllen damit eine ganze Badewanne oder reichen für mehrere ausgiebige Duschen. Solche mittelgroßen Elektrospeicher versorgen häufig eine komplette Wohneinheit, vorausgesetzt, der Haushalt ist elektrifiziert. In der optimal passenden Größe installiert, genügt es auch dank der optimalen Dämmung moderner Geräte, die Tankfüllung einmal am Tag aufzuheizen. So kann der Verbraucher das Beheizen zu einem Zeitpunkt vornehmen, zu dem der dafür nötige Strom besonders günstig ist, beispielsweise in der Nacht zu einem von den Stromanbietern günstig angelieferten Nachtstromtarif, auch Niederstromtarif genannt. Mittelgroße Elektrospeicher sind als frei stehende, als hängende und als liegende Speicher zu kaufen. Es gibt sogar Sonderformen wie Flachspeicher, die dank eines Kessels in Form eines gestauchten Rohrrings eine besonders geringe Tiefe haben. Die Anschlussleistung solcher Speicher liegt zwischen 2.000 und 4.000 Watt.

Große Elektrospeicher mit Volumina zwischen Hunderten und Tausenden Litern sind eher selten. Sie kommen wenn überhaupt zur Versorgung ganzer Häuser (Ein- und Mehrfamilienhäuser) zum Einsatz und werden ausschließlich nachts beheizt. Oder man nutzt sie im bivalenten Heizungsbetrieb. Dann besteht die Möglichkeit, das Warmwasser neben der integrierten Elektroheizung auch mit einem externen Wärmeerzeuger zuzubereiten.

Wann lohnt sich der Einsatz eines Elektrospeichers?

Die RESOL FlowSol® E nutzt überschüssigen Strom aus PV-Anlagen und leitet diesen in eine bis 3 kW stufenlos regelbare Elektroheizung weiter, die dann den Wasserspeicher erhitzt. (Foto: RESOL – Elektronische Regelungen GmbH)
Die RESOL FlowSol® E nutzt überschüssigen Strom aus PV-Anlagen und leitet diesen in eine bis 3 kW stufenlos regelbare Elektroheizung weiter, die dann den Wasserspeicher erhitzt. (Foto: RESOL – Elektronische Regelungen GmbH)

Elektrospeicher wandeln die elektrische Energie nahezu komplett in Wärme um. Energieverluste treten wegen einer suboptimalen Dämmung meist als Wärmeverluste auf. Dennoch ist der Elektrospeicher ein System, dass nur eine geringe Energieeffizienz vorweisen kann, denn der Strom zu seiner Beheizung stammt - solange es nicht eigens erzeugter Solarstrom ist – aus der Steckdose, die Haushaltsstrom aus dem öffentlichen Netz bezieht. Und der Wirkungsgrad von herkömmlichem Haushaltsstrom, erzeugt in Kraftwerken liegt hierzulande bei etwa 35 bis 40 Prozent. Dies verschlechtert die Ökobilanz eines Elektrospeichers.

Elektrospeicher zur Warmwasserbereitung kommen daher häufig dann zum Einsatz, wenn es entweder keine zentrale Warmwasserversorgung im Haushalt gibt oder sich der Anschluss einer Zapfstelle daran nicht lohnt. Zum Beispiel, weil die Zapfstelle abgelegen untergebracht ist oder in einem Raum ist, der kaum genutzt wird, kann es aus Gründen der Energieeffizienz oder der Hygiene wegen ungünstig sein, sie anzuschließen. Letzteres wäre der Fall, wenn in der selten benutzten Leitung zu lange Wasser bei niederen Temperaturen stünde und sich so die Gefahr erhöhen würde, dass sich darin Legionellen zu stark vermehren könnten.

Im Zuge der Energiewende und des volatilen Angebotes an Wind- und Solarstrom bietet sich für den klassischen Elektrospeicher im Kleinen als auch im Großformat ganz neue Einsatzmöglichkeiten. So können diese im Kleinen so gesteuert werden, dass sie hauptsächlich überschüssigen Strom aus der Photovoltaikanlage aufnehmen und so den Eigenverbrauch erhöhen. Dieses Prinzip nutzen auch Energieversorger, die nun häufiger wieder mit überschüssigem Windstrom Wärme in Elektrodenkesseln erzeugen, die dann in Fernwärmenetze eingespeist wird (Power-to-Heat).

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Weitere Informationen über Elektrospeicher

"Ratgeber: Technik und Einsatz von Elektrospeichern" wurde am 26.05.2016 das letzte Mal aktualisiert.