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Warmwasser effizient erzeugen

Wie warm duschen, wenn die Heizung kein Brauchwasser erhitzt? Mit einer Klima-Anlage als Hauptheizung stehen wir genau vor diese Frage. Lösungen gibt es einige, doch welche erzeugt am effizientesten Warmwasser?

Manche mögen mich als entscheidungsschwach bezeichnen. Ich sehe es jedoch eher so, dass ich „wohlüberlegt“ zu meinen Entscheidungen gelange. Ein Grund für diese Einschätzung mag sein, dass es ein paar Jahre gedauert, bis endlich eine Heizung unsere kalten portugiesischen Nächte erwärmte.

Letztendlich haben wir uns für eine Klimaanlage zum Heizen und Kühlen entschieden. Hauptsächlich aufgrund der deutlich geringeren Anschaffungskosten gegenüber einer zentralen Wärmepumpe und der einfacheren Nachrüstung. Wir haben uns für Windfree-Modelle von Samsung entschieden, unter anderem weil sie eine einfache Integration in Smart-Home-Systeme erlauben.

Klima-Anlage
Die Windfree-Klimaanlagen von Samsung lassen sich per Smartphone steuern und in Samsung Smart-Home-Plattform SmartThings integrieren. Foto: samsung.com

Der Nachteil einer Klimaanlage ist jedoch, dass sie im Gegensatz zu einer zentralen Wärmepumpenheizung kein Brauchwasser erwärmt. Es muss also noch eine Lösung fürs Warmwasser her.

Warmwasser erzeugen ohne Gas oder Öl

Von vornherein ist klar, dass kein System mit fossilen Energieträgern wie Gas oder Öl in Frage kommt. Es bleiben aber immer noch fünf Optionen übrig: Solarthermie, Thermosiphon-System, Wasserboiler, Wärmepumpe und Durchlauferhitzer.

Kurz zu den Vor- und Nachteilen der einzelnen Lösungen. Eine Solarthermie-Anlage arbeitet wie Photovoltaik mit Solarmodulen. Im Gegensatz zu PV wird bei Solarthermie kein Strom erzeugt, sondern Wasser in den Solarmodulen erwärmt. Das aufgewärmte Wasser fließt in einen Pufferspeicher, wo es dem Haushalt zur Verfügung steht. Für den Fall, dass nicht genügend erwärmtes Wasser existiert, befindet sich im Pufferspeicher ein Heizstab, der das Wasser erwärmt.

Viessmann Solarthermie-Kollektoren
Bei den Solarmodulen zur Warmwassererzeugung könnt ihr euch zwischen Flach- und Röhrenkollektoren entscheiden (hier von Viessmann). Fotos: viessmann.de

Bei einer Thermosiphon-Anlage handelt sich um eine spezielle Form der Solarthermie. Der Thermosiphon-Effekt beschreibt, dass eine Flüssigkeit aufgrund thermisch bedingter Dichteunterschiede zirkuliert. Bei Wasser bewirkt dieser Effekt etwa, das warmes Wasser nach oben steigt und kaltes Wasser nach unten sinkt.

Bosch Thermosiphon-Anlage
Thermosiphon-Anlage werden häufig als Kit mit Solarmodul, Pufferspeicher und Ständer verkauft. Foto: bosch.de

Eine Thermosiphon-Anlage macht sich diesen Umstand zunutze. Sie besteht wie eine gewöhnliche Solarthermie-Anlage aus Solarmodulen und einem Pufferspeicher mit Heizstab. Der Pufferspeicher wird jedoch hier waagerecht über den Solarmodulen montiert. Das in den Solarmodulen erwärmte Wasser fließt deshalb automatisch nach oben in den Pufferspeicher, während unten kaltes Wasser ins Modul nachfließt.

Dadurch kann eine Thermosiphon-Anlage sehr einfach konstruiert sein. Deutlich einfacher als eine konventionelle Solarthermie-Anlage, die beispielsweise eine Umwälzpumpe benötigt. Aus diesem Grund sind Thermosiphon-Anlagen auch deutlich günstiger und kosten mindestens ein Drittel weniger als konventionelle Solarthermie-Anlagen. Hier in Portugal, wo wir leben, erhält man Thermosiphon-Anlage mit 200 Liter Pufferspeicher bereits für 1.500 Euro, während man für eine konventionelle Solarthermie-Anlage rund das doppelte rechnen muss.

Mit Strom heizen

Warmwasserboiler
Viele Warmwasserboiler, wie dieses Modell von Junkers, sind für die Wandmontage bestimmt. Foto: bosch.com

Ein Wasserboiler besteht einzig aus Wasserspeicher und Heizstab. Entsprechend braucht ein Wasserboiler deutlich mehr Strom als eine Solarthermie-Anlage. Dafür bekommt man einen Wasserboiler mit 120 Liter Fassungsvermögen bereits für 300 Euro.

Im Gegensatz zu den Wasserspeichern von Solarthermie-Anlagen lässt sich bei den meisten Wasserboilern der Heizstab nicht unabhängig vom Rest des Systems ein- und ausschalten, zum Beispiel über eine Zeitschaltuhr oder über eine smarte Schaltsteckdose. Das bedeutet, ich kann keine Zeiten festlegen, wann der Heizstab komplett ausgeschaltet werden soll, zum Beispiel tagsüber und nachts, wenn keiner warmes Wasser braucht.

Dazu kommt, dass es meist keine Möglichkeit gibt, Zeitprogramme im Boiler zu hinterlegen. Wenn man will, dass der Heizstab nicht arbeitet, bleibt einem also nichts anderes übrig, als in den Keller zu gehen und den Boiler auszuschalten. Einfach den kompletten Boiler an eine smarte Schaltsteckdose anzuschließen und hart vom Strom zu trennen, davon würde ich abraten. Das tut sicherlich keinem Wasserboiler auf lange Zeit gut.

Die Luft als Energiequelle

Warmwasser-Wärmepumpe
Warmwasser-Wärmepumpen können die Luft im Raum oder über Rohre die Luft aus anderen Räumen nutzen. Foto: vaillant.de

Deutlich teurere Warmwasser-Wärmepumpen sind in dieser Hinsicht erheblich intelligenter. Hier lassen sich meist Zeitpläne hinterlegen. Teilweise lernen die Wärmepumpe auch selbst, wann gewöhnlich Warmwasser im Haushalt gebraucht wird, und passen das Aufheizverhalten daran an. Einige Wärmepumpen bringen sogar eine Smartphone-App oder eine SG ready-Schnittstelle (Smart Grid ready) mit. Über diese Schnittstelle lassen sich Wärmepumpen in Energiemanagement- und Smart-Home-Systeme einbinden.

Der größte Vorteil gegenüber einem Wasserboiler besteht jedoch darin, dass eine Wärmepumpe deutlich effizienter arbeitet. Sie nutzt die Wärme der Umgebungsluft, sodass sie weniger als ein Drittel des Stroms von Wasserboilern benötigt. Die Effizienz lässt sich weiter verbessern, wenn man die Wärmepumpe im Heizraum aufstellt. Dort kann die Wärmepumpe die Abwärme der Heizung nutzen. Es ist auch die Kombination mit einer zentralen Lüftungsanlage möglich. In diesem Fall nutzt die Wärmepumpe die Wärme der abgeführten Luft.

Die maximale Effizienz erreicht man, wenn die Wärmepumpe mit einer Solarthermie-Anlage kombiniert wird. Dafür gibt es spezielle Wärmepumpe, die mit einem Wärmetauscher für die Solarthermieanlage ausgestattet sind.

Wärme auf Abruf

Und schließlich gibt es noch elektrische Durchlauferhitzer. Sie werden direkt bei der Wasserentnahmestelle montiert, also zum Beispiel unter dem Waschbecken oder im Bad, um Dusche, Badewanne und Waschbecken mit Warmwasser zu versorgen. Der Vorteil von Durchlauferhitzern besteht darin, dass sie nur Wasser erwärmen, wenn Bedarf besteht. Darum braucht es hier auch keine smarte Regelung nach Tageszeit oder dergleichen. Ein weiterer Vorteil von Durchlauferhitzer: Da sie sich direkt bei der Wasserentnahmestelle befinden, kommt sofort warmes Wasser aus dem Hahn und man verschwendet keine Energie.

Elektrischer Durchlauferhitzer
Elektrische Durchlauferhitzer lassen sich direkt unter der Spüle montieren. Foto: stiebel-eltron.de

Jedoch erfolgt das Aufheizen des Wassers rein elektrisch und das sehr schnell. Dementsprechend ist der Stromverbrauch im Betrieb immens. Deshalb genügt im Bad meist auch kein gewöhnlicher einphasiger Stromanschluss, sondern es braucht dreiphasigen Starkstrom.

Kombination mit einer PV-Anlage

Weil all diese Lösungen auf Strom setzen, lassen sich alle auch mit einer Photovoltaik-Anlage kombinieren. Sie profitieren jedoch in unterschiedlichem Maße vom selbstproduzierten Solarstrom. Bei Solarthermie-Anlagen reduziert sich beispielsweise der schon geringe Stromverbrauch nur noch geringfügig. Ein ganz anderes Bild bei Wärmepumpen mit SG ready-Schnittstelle. Sie können vorrangig dann laufen, wenn selbstproduzierter Strom zur Verfügung steht.

Existiert ein zusätzlicher Batteriespeicher, können Wasserboiler und Durchlauferhitzer in einem ähnlichen Maß wie die Wärmepumpe vom Solarstrom profitieren. Mit einem ausreichend großen Batteriespeicher sollte meist genügend Solarstrom für Boiler, Durchlauferhitzer oder Wärmepumpe zur Verfügung stehen.

Vergleich der Kosten

Soweit zur Theorie. Was bedeutet das jetzt nun konkret für die Kosten der einzelnen Lösungen? Für den Vergleich habe ich ein paar vereinfachende Annahmen getroffen, die im Detail kleinere Unterschiede darstellen können, aber die generelle Aussage nicht beeinflussen.

In meiner Annahme beträgt der Strompreis 30 Cent/kWh. Als Ausgangspunkt für den Energieverbrauch habe ich den Wasserboiler herangezogen mit einem jährlichen Stromverbrauch von 2.500 kWh. Die anderen Lösungen benötigen einen Teil der 2.500 kWh.

  • Solarthermie: 30%
  • Thermosiphon: 30%
  • Wärmepumpe: 35%
  • Durchlauferhitzer: 80%

Bei den Investitionskosten für Solarthermie, Thermosiphon, Wasserboiler und Wärmepumpe habe ich die 200-Liter-Varianten herangezogen. Beim Betrachtungszeitraum habe ich 20 Jahre gewählt, da danach die Systeme normal ersetzt werden müssen oder schon ersetzt wurden.

Damit ergibt sich folgendes Bild:

Kosten für Warmwasser in Portugal

Das Diagramm zeigt, dass die Thermosiphon-Anlage durchweg am besten abschneidet. Am anderen Ende der Kosten-Skala liegt wie erwartet der Wasserboiler.

Kosten mit PV-Anlage

Und wie sieht es nun mit einer Photovoltaik-Anlage aus? Für diese Betrachtung haben wir eine PV-Anlage mit 10 kWp-Leistung und einen kleineren Batteriespeicher mit einer Kapazität von 6 kWh angenommen. Dadurch sparen die einzelnen Systeme im Vergleich zu vorher:

  • Solarthermie: 10 %
  • Thermosiphon: 10 %
  • Wasserboiler: 50 %
  • Wärmepumpe: 70 %
  • Durchlauferhitzer: 50 %

Die 70 Prozent der Wärmepumpe entstehen dadurch, dass über die SG ready-Schnittstelle die Wärmepumpe vor allem zu Zeiten mit selbstproduzierten Solarstrom laufen kann. Die Anschaffungskosten des Wasserboilers betragen in diesem Fall 1.000 Euro. Für diesen Preis erhält man ein Modell, dessen Heizstab sich unabhängig regeln lässt und so der Wasserboiler vor allem bei verfügbarem Solarstrom arbeiten kann.

Mit diesen Annahmen ergibt sich folgendes Bild:

Kosten für Warmwasser mit PV

Mit PV-Anlage schneiden Wärmepumpe und Durchlauferhitzer am besten ab. Auf lange Sicht ist jedoch die Wärmepumpe die beste Lösung.

Wie extrem sich höhere Anschaffungskosten am Ende auszahlen können, zeigt der Vergleich mit dem Wasserboiler. Nach 20 Jahren belaufen sich die Kosten für den Wasserboiler auf nahezu das doppelte.

Unterschiede in Portugal

Bei uns hier in Portugal sind wir in der glücklichen Situation, dass der Strom gerade 10 Cent pro Kilowattstunde kostet. Bei einem solch geringeren Strompreis ergibt es aus finanzieller Sicht kaum Sinn, in eine PV-Anlage zu investieren. Aus ökologischer Sicht auch nur bedingt. Zwar setzt Portugal heute noch nicht auf 100 Prozent Ökostrom, in Zukunft dürfte es Portugal aber nahezu erreichen. Portugal hat massig Wind und Sonne.

Diese glückliche Situation wird sicher nicht so ewig weiterbestehen. Es ist davon auszugehen, dass der Strompreis in Portugal bald wieder steigt. Ich rechne mit Preisen zwischen 20 und 25 Cent pro kWh.

Für mich bedeutet das: Gerade rechnet sich die Installation einer PV-Anlage nicht, in Zukunft aber wahrscheinlich schon.

Um die optimale Lösung zu finden, habe ich alles noch einmal durchgerechnet – sowohl mit den aktuell günstigen Preisen als auch mit den zu erwartenden höheren Strompreisen. Das Resultat ist ähnlich wie bei den Berechnungen für Deutschland, dennoch gibt es Unterschiede im Detail.

Hier einmal eine Zusammenfassung für die Kosten nach 20 Jahren mit einem Strompreisen von 10 und 22,5 Ct/kWh, sowie mit und ohne PV-Anlage:

Kosten für Warmwasser in Portugal

Man sieht also, dass ich mit einer Thermosiphon-Anlage oder einer Wärmepumpe unter allen Voraussetzungen nichts falsch machen kann. Aber was von beidem soll es letztendlich sein?

Optimale Lösung für unser Haus

Daikin Altherma M HW
Die Daikin Altherma M HW Warmwasserwärmepumpe ist mit einer Kapazität von 200 und 260 Litern erhältlich. Foto: daikin.de

Bei der Renovierung unseres Hauses haben wir bereits eine extra Wasserleitung vom Dach bis in den Keller legen lassen, damit wir später einmal eine Solarthermie-Anlage installieren können. Bei genauerer Betrachtung haben wir jedoch festgestellt, dass es keine gute Idee ist, diese Wasserleitung wirklich zu nutzen. Das liegt daran, dass sich unser Bad im ersten Stock befindet. Wir würden also mit der Thermosiphon-Anlage das Wasser auf dem Dach aufheizen, dann drei Stockwerke in den Keller schicken, um dann wieder über zwei Stockwerke zum Bad zu fließen. Sinnvoller wäre es, eine extra Wasserleitung vom Dach zum Bad im ersten Stock zu verlegen und hier das Warmwasser für das gesamte Haus einzuspeisen.

Eine Wärmepumpe könnten wir einfach im Keller aufstellen und anschließen – ohne zusätzliche Umbauarbeiten. Für die Wärmepumpe spricht außerdem, dass die Wartung deutlich einfacher ist. Im Gegensatz zur Thermosiphon-Anlage muss man hier zur jährlichen Inspektion nicht aufs Dach steigen.

Darum steht fest: Eine Warmwasser-Wärmepumpe ist für uns die beste Lösung.

Und das ideale Modell hatten wir auch schon gefunden. Die Aquara  Altherma M HW von Daikin (siehe links, -> Daikin-Webseite), die zu Preisen ab 2.000 Euro erhältlich ist. Es ist eine von wenigen Warmwasser-Wärmepumpen, die mit mit einer SGready-Schnittstelle zum Energiemanagement ausgestattet ist.

Aber leider habe wir keinen geeigneten Installateur hier in Portugal gefunden. Deshalb ist es am Ende die Aquapura Monobloc vom portugiesischen Hersteller Energie geworden. Sie lässt sich wahlweise per Modbus oder WiFi in Smart-Home- und Energiemanagement-Systeme einbinden.

Wer ist also hier noch entscheidungsschwach?

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