4. Januar 2024

Die elektrische Rohrbegleitheizung stellt eine interessante Alternative zur heute üblichen Warmwasser-Zirkulationsleitung dar

Außergewöhnliche Zeiten – die wir weltweit durch die extrem gestiegenen Energiepreise erleben – erfordern auch in der Gebäude­installation ein Nachdenken. Neben diesen Restriktionen auf dem Energiemarkt gilt es einen zweiten Effekt zu beachten: Der Umweltschutz fordert ein Abrücken von der fossilen Verbrennung, um in erster Linie den weltweiten CO₂-Anstieg und damit den globalen Temperaturanstieg zu verringern. Das schließt die Trinkwassererwärmung und den Komfort bei der Nutzung des erwärmten Wassers ein. Eine Alternative zur heute üblichen Zirkulationsleitung stellen elektrische Rohrbegleitheizungen dar.

Betrachtet man die Trinkwassererwärmung als einen Teil des Gebäudeheiz­energiebedarfs und setzt man diesen am Ausgang der Trinkwassererwärmungsanlage zu 100% an, so gibt es in diesem Erwärmungssystem und in der anschließenden Verteilung über Zirkulationsleitungen durchaus nennenswerte Verluste. Vielfach werden sie klein geredet, in dem man sagt, dass diese Verluste der Gebäudeheizung zugutekommen. Bei diesem Gedankengang muss aber bedacht werden, dass die Trinkwassererwärmung in aller Regel 24 h/7 d über das Jahr in Betrieb ist. Und im Sommerhalbjahr sind diese Verluste durchaus real.

Bauliche Gegebenheiten
Bei der Frage, wie man diese Verluste verringern kann, zeigen sich einige Möglichkeiten. Zum einen kann man versuchen, auf das Verteilnetz größtenteils zu verzichten. Als Ergebnis würden dezentrale Erwärmungssysteme wie Durchlauferhitzer zum Einsatz kommen, die die Trinkwassertemperatur individuell auf die gewünschte Temperatur vor Ort erwärmen würden. Eine Lösung, die durchaus nachdenkenswert ist, auch was die Abrechnung der Erwärmungskosten angeht. Nachteilig ist, dass gerade auf Bauherrenseite sehr viele Einzel-Trinkwassererwärmer, und egal mit welchem Energieträger sie betrieben würden, einen erheblich höheren Investitionsaufwand notwendig machten. Auch muss die Infrastruktur für diese Einzel-Trinkwassererwärmer berücksichtigt werden – was ebenfalls zusätzlichen Inves­titionsaufwand bedeutet.

Bei zentraler Trinkwassererwärmung wird in aller Regel die Temperaturhaltung im Trinkwassernetz über Zirkulationsleitungen sichergestellt. Sie hat die Aufgabe, nirgendwo die Temperatur um mehr als 5°C absinken zu lassen.

Neben den Systemen der Trinkwasserzirkulation gibt es seit Jahr und Tag auch das System der Rohrbegleitheizung: elektrische Heizbänder, die es schon sehr lange auf dem Markt gibt. Waren erste Heizbänder noch statisch in ihrer Wärmeabgabe, so wurden schon recht früh sogenannte „selbstregulierende Heizbänder“ erfunden. Die Technik beruht darauf, dass zwischen den elektrischen Leiterbahnen (meist ein Kupferdraht) sich eine Isoliermasse aus Kunststoff befindet. Diese Isoliermasse wird mit einem leitenden Stoff geimpft, dessen Widerstand sich entsprechend der Temperatur ändert. Bei steigenden Temperaturen rücken die Moleküle auseinander, der Widerstand wird größer und die Heizleistung sinkt. Ist die Temperatur niedrig, rücken die Moleküle zusammen der Widerstand wird geringer, und es fließt ein Strom, der den Heizleiter und damit das begleitende Rohr erwärmt.

Diese selbstregulierenden Heizbänder gibt es immer nur für einen bestimmten Temperaturbereich. Klassischer Anwendungsfall ist die Beheizung zur Frostfreihaltung, beispielsweise bei Außentreppen und Außenrampen, aber auch bei Regenrinnen und Regenfallleitungen sowie außenliegenden Wasserabläufen. Hierbei ist der Temperaturbereich dieser Bänder auf den Gefrierpunkt ausgerichtet. Man trifft sie häufig in kalten schneereichen Gegenden, z.B. im Alpenraum, aber gerade auch in den nordischen Ländern an. In den gemäßigten Regionen in Deutschland sind sie aber auch zu finden, beispielsweise an Fernmelde- und Funktürmen, damit die Antennenplattformen nicht zu gefährlichen Eisträgern werden.

Hin und wieder werden auch elektrische Fußbodenheizungen mit elek­trischen Heizbändern ausgeführt. Hier kommt es in erster Linie auch auf eine mögliche Regelung an, weshalb eher die statischen, nicht selbstregulierenden Heizbänder zum Einsatz kommen.

Seit vielen Jahren – mit entstehen des ersten DVGW-Arbeitsblattes W 551 [1] – kam die Idee auf, die Trinkwarmwassertemperatur mit diesen Bändern konstant auf z.B. 55°C zu halten. Diese Idee hatte besonderen Charme, erkannte man damals schon die vielen Vorteile dieser Technologie (siehe Kasten „Vor- und Nachteiler einer elektrischen Begleitheizung“). Trotzdem konnte sich diese Technik in Deutschland nicht durchsetzen. Öl und Gas waren im Vergleich zu elektrischem Strom konkurrenzlos preiswert. Selbst Fernwärme und (dezentrales) Flüssiggas konnten nicht mithalten. Der auch damals schon günstige „Nachtstrom“ war – wie der Name schon sagt – nur nachts zu beziehen und schied somit ebenfalls als Energieträger für die Temperaturhaltung aus. Die Trinkwasserzirkulationsleitung war die marktbeherrschende Technik.

Regler: notwendig oder nicht?
Ein zweiter Nachteil wurde erst durch Erfahrung offenbar: Die Heizbänder waren nicht manipulationssicher. Und so kommt es dazu, dass trotz Selbstregulierung die Heizbänder über einen Regler angeschlossen werden. Seine Aufgabe war und ist die Überwachung von Widersprüchen: Ist nämlich die Temperatur des Trinkwasserspeichers niedriger als die Solltemperatur des warmen Trinkwassers, würde das Heizband auf dem Weg vom Speicher zur Entnahmestelle zum Durchlauferhitzer. Und dies könnte bei unterschiedlichen Energiepreisen von Heizwärme und elektrischem Strom zu erheblichen Mehrkosten führen. Der Regler hat also die Aufgabe, dies zu überwachen und zu verhindern und lediglich durch leichte Stromanpassungen die Temperatur am Heizband feinzuregeln. Auch sind die Regler dazu in der Lage, Temperaturprofile einzuhalten oder Urlaubszeiten zu berücksichtigen. Ihre Displays entsprechen dem neuesten Stand (z.B. Touchdisplays) und ihre Nutzerführung ist selbsterklärend. Auch dienen sie als Schnittstelle zu Gebäudeleittechnik und Dokumentation der eingestellten Temperaturen.

Wie werden Heizbänder verlegt?
Vielleicht vermutet man, dass die Verlegung eines elektrischen Heizbandes anspruchsvoll ist. Die Fragen, die sich stellen, sind nicht trivial: Wird das Band einfach nur längs eines Rohres verlegt oder wird das Rohr umwickelt? Wie wird das Band befestigt? Gibt es Einschränkungen bei Kunststoffrohre im Vergleich zu metallischen Rohren? Und wie sieht das aus bei Apparaten und Ventilen in der Trinkwasserinstallation? Alle diese Fragen können von zwei Seiten beantwortet werden: Von der Herstellerseite des Heizbandes und vonseiten des Rohrherstellers.

Von der Herstellerseite der Heizbänder wird gesagt, dass die Heizbänder längs der Trinkwasserleitung verlegt werden sollen. Die Befestigung erfolgt mittels Kabelbindern in entsprechenden Abständen. Auch sollte das elektrische Heizband nicht durch Rohrschellen oder ähnliche Befes­tigungen eingequetscht werden.

Selbstverständlich müssen alle Warmwasser führenden Trinkwasserleitungen mit Heizbändern ausgestattet werden. Sie können vom Ausgang des Trinkwassererwärmers bis kurz vor der Entnahmestelle verlegt werden kann. Somit ist die Temperaturkonstanz bis zum Eckventil oder bis zum Duschthermostaten möglich. Auskühlende Bereiche gibt es nicht. Der Satz in der DIN 1988-200 [2] „Spätestens 30 Sekunden nach dem vollen Öffnen der Entnahmearmatur muss die Temperatur von 55°C überschritten werden“ ist obsolet. Wenige Sekunden nach dem Öffnen der Armatur ist das Wasser heiß.

Von den Rohrherstellern hört man bezüglich der Verlegung von Heizbändern keine Widersprüche. In den technischen Unterlagen werden ebenfalls entsprechende Verlegehinweise genannt. Auch sind keine unterschiedlichen Aussagen zwischen den Rohrmaterialien (Metall oder Kunststoff) bekannt. Warum auch? Die von den Heizbändern abgegebenen Temperaturen stellen keinerlei „Stress“ für das Rohrmaterial dar.

Auch die Dämmung der Trinkwasserleitungen erfolgt analog der Dämmung ohne Heizband: Das Heizband soll ja gerade die Wärmeverluste kompensieren. So liegt die elektrische Leistung eines Heizbandes für 55°C bei ca. 9 W/m, was den rechnerischen Wärmeverlusten der Dämmung entspricht. Ob Mineralfaserdämmung oder geschäumte Dämmstoffe, alle sind für diese Art der Temperaturhaltung geeignet.

Elektrisch sicher?
Während die reine Verlegung des Heizbandes entlang der Rohrleitung durchaus die Installateure der Trinkwasserleitungen ausgeführt werden können, ist der Stromanschluss Sache des Elektrikers. Die Verlegung und der Anschluss des ­eigentlichen Heizbandes wird vereinfacht durch vorkonfigurierte Anschlüsse und Abzweigelemente, sowie Endkappen. Hinzu kommt noch der Anschluss des Reglers und die Platzierung von zwei Temperaturfühlern (am Speicherausgang und an der Leitung).

Natürlich muss die elektrische Sicherheit gewährleistet sein. Dazu muss schluss­endlich das System gecheckt werden. Und die Absicherung im Schaltschrank oder der Verteilung ist separat auszuführen. Für dieses Produkt ist der Einsatz eines 30-mA-FI-Schalters vorgeschrieben, um ein Maximum an Sicherheit und Brandschutz sicherzustellen. Alle Heizkreise müssen durch einen Schutzschalter mit C-Charakteristik abgesichert werden. Last not least sollen alle Trinkwasserleitungen warm mit Aufklebern versehen werden, die bei den ansonsten unscheinbaren Leitungen darauf hinweisen, dass unter der Dämmung ein Kabel verborgen ist.

Wieviel Strom wird gebraucht?
Zur Berechnung des Stromverbrauchs einer elektrischen Begleitheizung muss die Berechnungsmethodik der DIN 1988-300 [3] über die Wärmeverluste von gedämmten Rohrleitungen herangezogen werden. Überschlägig liegen sie bei 7 bzw. 11 W/m, je nachdem ob die Leitung in einer Umgebungstemperatur von 25°C (Schacht, warmer Deckenhohlraum) oder im Keller verlegt sind. Genau diese Wärmeverluste müssen durch das Heizband gedeckt werden – sie entsprechen also der elektrischen Leistung des Bandes, da üblicherweise die Verluste im Schaltschrank und des Reglers vernachlässigt werden können.

Kennt man nun Rohrleitungslängen, so kennt man auch den elektrischen Leis­tungsbedarf der Warmhaltung. Und im Gegensatz zur Zirkulationsleitung spart man bis zu 50% und damit erheblich an Leistungsbedarf und Wärmemenge, da ja nur noch eine Rohrleitungslänge zur Versorgung – ohne die eigentliche Zirkulationsleitung – warmgehalten werden muss. Da in beiden Fällen (konventionelle Zirkulation und Rohrbegleitheizung) die Betriebszeit identisch ist, gelten die Aussagen zu Leistung gleichermaßen auch für die Wärmemenge und die elektrische Arbeit.

Weniger Wärmeleistung und weniger Wärmemenge – und im Fall des elektrischen Heizbandes sind diese Werte mit elektrischem Strom und elektrischer Leis­tung gleichzusetzen. Diese Erkenntnisse sind eigentlich nicht neu, aufgrund der großen Diskrepanz zwischen Wärme- und Strompreis wurden diese Argumente aber nicht umgesetzt. Aber gerade in heutiger Zeit vollzieht sich ein Wandel. Gebäude werden zunehmend nur noch mit Strom versorgt, wobei ein guter Teil auch selbst mittels regenerativer Energien, z.B. mittels Photovoltaik, erzeugt wird. Strom und insbesondere grüner Strom ist mindestens so preiswert wie die fossilen Ener­gieträger, was für die Rohrbegleitheizung völlig neue Kundenvorteile bedeutet.

Auf eine Vergleichsrechnung soll hier verzichtet werden. Sie ist immer nur eines von vielen Beispielen. Zu unterschiedlich sind die Gebäude und auch die Energiekosten können von Versorger zu Versorger sehr weit auseinanderliegen. Dieser Beitrag soll auf jeden Fall diese Technik einmal neu beleuchten. Es ist keine neue Technik, die erst mühsam eingeführt werden muss, sondern alt bekannt. Nur die Rahmenbedingungen haben sich so geändert, dass sie bei heutigen Bauvorhaben unbedingt Berücksichtigung finden muss.

Verbesserungspotenziale
Könnte man nicht auch mit herkömmlichen Systemen eine Verbesserung der Energieverluste in der Trinkwassererwärmung und -verteilung erreichen? Diese Frage ist durchaus berechtigt, zumal die Trinkwassererwärmung einen konstanten Anteil am Gesamtwärmebedarf unserer Immobilien darstellt. Eine Reduzierung der Verluste macht Sinn, allerdings sind die technischen Möglichkeiten doch eher begrenzt: Eine weitere Verbesserung der Dämmung, kürzere Leitungswege, Verringerung der Temperaturen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Trinkwasserhygiene und weitere Sparmaßnehmen auch beim Warmwasserbedarf sind die wesentlichen Stellschrauben. Ad hoc sind hier jedoch keine Lösungen, die sich in der Baupraxis umsetzen lassen, in Sicht.

Fazit
Zusammenfassend kann man Vor- wie auch Nachteile der elektrischen Begleitheizung dem nebenstehenden Kasten entnehmen. Hier sind die entsprechenden Schlagworte und Argumente zusammengefasst. Interessanterweise überwiegen die Vorteile.

Die elektrische Begleitheizung stellt heute eine sehr attraktive Lösung dar, Trinkwasser einerseits hygienisch heiß zu halten, andererseits eine kostengünstige technische Lösung, sowohl ökologisch wie auch ökonomisch, was die Erstellungskos­ten aber auch die Betriebskosten betrifft. Insbesondere der zunehmende Einsatz alternativer Energien führt zu einer Elektrifizierung unserer Wärmeversorgung. Damit ist die elektrische Begleitheizung eine interessante Alternative, der man bei der Trinkwassererwärmung mehr Aufmerksamkeit schenken sollte.

Literatur:
[1] DVGW W 551:2004-04 Trinkwassererwärmungs- und Trinkwasserleitungsanlagen – Technische Maßnahmen zur Verminderung des Legionellenwachstums – Planung, Errichtung, Betrieb und Sanierung von Trinkwasser-Installationen

[2] DIN 1988-200:2012-05 Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen – Teil 200: Installation Typ A (geschlossenes System) – Planung, Bauteile, Apparate, Werkstoffe; Technische Regel des DVGW

[3] DIN 1988-30: 2012-05 Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen – Teil 300: Ermittlung der Rohrdurchmesser; Technische Regel des DVGWAutor: Prof. Dr.-Ing. Franz-Peter Schmickler, Professor an der FH Münster, Fachbereich Energie Gebäude Umwelt

Autor: Prof. Dr.-Ing. Franz-Peter Schmickler, Professor an der FH Münster, Fachbereich Energie Gebäude Umwelt

Vor- und Nachteiler einer elektrischen Begleitheizung
Vorteile

• Nur eine wärmeführende Trinkwasserleitung – Halbierung der Wärmeverluste.
• Hohe Temperaturen und damit Trinkwasserhygiene bis auf den letzten Zentimeter vor der Entnahmearmatur gewährleistet
• Strom aus Photovoltaikanlage möglich, bei gleichzeitiger Einsparung fossiler Energie
• erstaunlich geringer Wärmebedarf für die Vermeidung der Verluste
• Speicher als Trinkwassererwärmungsanlage sind nach wie vor möglich und damit Nutzung von Systemen mit geringer Heizleistung (Wärmepumpensystemen und thermischen Solaranlagen) zur Trinkwassererwärmung
• kleinere Schachtquerschnitte und Einsparung eines Rohrdurchbruchs und Brandschotts je Geschossdecke
• geringere Wärme im Schacht, da keine warmgehende Zirkulationsleitung dort notwendig
• kein hydraulischer Abgleich und kein aufwendiges Rechenverfahren notwendig
• erheblich geringerer Investitionsbedarf.
• Keine Zirkulationspumpe nötig, kein Stromverbrauch für die Pumpe
• Selbstregulierende Heizbänder benötigen keine Wartung und sind verschleißfrei

Nachteile

• ein weiteres Gewerk: der Sanitärinstallateur muss mit einem Elektriker ko­operieren.
• die Frage, welcher Energieträger kostengünstiger ist: Strom oder Heizwärme kann die Wirtschaftlichkeit beeinflussen