Umweltwärme erzeugungsgesteuert nutzen

Die Iran-Krise mit der plötzlichen Unterbrechung der Ölversorgung hat erneut gezeigt, wie dringend notwendig die Abkehr von fossilen Brennstoffen ist. Statt Öl und Gas sollen die Heiz-, Kühl- und Warmwassersysteme von Gebäuden zukünftig möglichst weitgehend mit Strom aus regenerativen Quellen betrieben werden, lautet das bekannte Zielbild. Der Siegeszug insbesondere der elektrischen Luft/Wasser-Wärmepumpen ist ein vielversprechender Schritt auf diesem Weg; zumindest für den Bereich der Raumwärme. Denn hier stehen der ressourcenschonenden Energiebereitstellung mit Flächenheizungen entsprechend abgestimmte Wärmeverteilsysteme gegenüber. Sie unterstützen durch ihre niedrige Vorlauftemperatur den für die Effizienz der Wärmepumpen möglichst niedrigen Temperaturhub.

In einem Neubau gemäß Gebäudeenergiegesetz (GEG) macht der energetische Aufwand für die Bereitung von Warmwasser mittlerweile fast 40 % aus. „Gut“ entspricht dabei einem gemäß GEG sanierten Gebäude, „sehr gut“ steht für Passivhaus-Standard. (vgl: Vollmer, R., et al. (2021) LowEx-Bestand Analyse –Bericht zu AP 3.1: LowEx-Bestand Referenzgebäude: Geometrie, Bauphysik, Last-Zeitreihen und Sanierungsszenarien) Bild: Viega

Ganz anders sieht es aus, wenn die zweite entscheidende Wärmesenke in Gebäuden – die Bereitung von Trinkwasser warm (PWH) – betrachtet wird. Hier wird der notwendige Primärenergiebedarf über den reinen Versorgungs- und Komfortaspekt hinaus nicht nur durch das Potenzial an Einsparmöglichkeiten bestimmt, sondern ebenso durch die Anforderungen an den Erhalt der Trinkwasserhygiene. In Großanlagen zur Trinkwarmwasserversorgung (> 400 l Inhalt des Trinkwasserspeichers und/oder > 3 l Inhalt der nachgelagerten Warmwasserleitung) mit Wasserabgabe an die Öffentlichkeit, wie z. B. in Mehrfamilienhäusern, gilt gemäß Trinkwasserverordnung (TrinkwV) und DVGW-Arbeitsblatt W 551 ein Temperaturregime von 60/55 °C zwischen Austritt und Wiedereintritt in den Trinkwassererwärmer. Ausgehend von den derzeit allgemein anerkannten Regeln der Technik sind diese Grenzwerte bisher (noch) nicht verhandelbar. Auch, wenn im Rahmen einer fünfjährigen Studie von 2020 bis 2025 anhand von 22 Projekten gezeigt werden konnte, dass eine Temperaturabsenkung auf 48 °C am Austritt aus dem Trinkwassererwärmer unter hygienischen Aspekten vertretbar wäre, wenn in der Zirkulation im Bypass vor Wiedereintritt ein Ultrafiltrationsmodul eingesetzt wird (Quelle: gwf Wasser Abwasser 07-08, S. 61–67, 2025).

Die Folge: Es ergibt sich ein permanenter Zielkonflikt zwischen möglichst effizientem Energieeinsatz und dem Erhalt der Trinkwassergüte. Spätestens, wenn über die energetische Ertüchtigung von Bestandsgebäuden mit vorhandenen PWH-Installationen gesprochen wird – also die wirtschaftliche Komponente für rentable Ersatzinvestitionen hinzukommt –, erhält der Zielkonflikt eine weitere Facette.

Umso wichtiger ist ein fachlich-sachlicher Abgleich, mit welchen Installations- und Betriebskonzepten

• der effiziente Einsatz regenerativer Wärmeerzeuger (typischerweise Wärmepumpen)
• mit einem umfassenden Schutz der Trinkwasserhygiene
• und möglichst wirtschaftlichen Investitions- und Betriebskosten

in Einklang zu bringen ist.

Zentrale und dezentrale Systeme

Für die energieeffiziente Erzeugung und Bereitstellung von PWH haben sich in der Praxis zwei wiederkehrende Ansätze herausgebildet:

• die klassische zentrale Warmwasserversorgung über hinreichend dimensionierte Pufferspeicher und Durchfluss-Trinkwassererwärmer mit entsprechenden Steige- und Verteilleitungen (sowie gegebenenfalls Zirkulation) und
• die dezentrale Warmwasserversorgung, beispielsweise über Wohnungsstationen oder Elektrodurchlauferhitzer.

Die zentrale Warmwasserversorgung entspricht dabei uneingeschränkt dem Gedanken der Technologieoffenheit, wie sie im zur Verabschiedung anstehenden Gebäudemodernisierungsgesetz vorgesehen ist. Die Speicher können monovalent oder als Hybridanlagen „fossil“ genauso effektiv wie aus regenerativen Quellen beschickt werden – ohne Unterscheidung zwischen Solarthermie oder Strom aus Photovoltaik, „grünen“ Wärmenetzen oder eben Wärmepumpen. Für den Betreiber eröffnet das ein Maximum an technologischer und wirtschaftlicher Flexibilität bis hin zur sukzessiven Umstellung vorhandener „fossiler“ Warmwasserbereiter auf eine regenerative Wärmeerzeugung.

Beispiel eines nachträglich installierten Pufferspeichers im Keller eines kleinen Mehrfamilienhauses, beschickt von einer Luft/Wasser-Wärmepumpe, die den Betriebsstrom zu einem erheblichen Anteil über die PV-Anlage vom Hausdach bezieht. Bild: Viega

Bei der dezentralen Warmwasserbereitung stellt sich die Situation etwas differenzierter dar. Hier gilt es im Wesentlichen, zwischen Wohnungsstationen (als 2- oder 4-Leiter-System) und Elektrodurchlauferhitzern zu unterscheiden: Bei den Wohnungsstationen kommen dieselben Erzeugungsvorteile wie bei einer zentralen PWH-Versorgung zum Tragen – technologieoffen, variabel und in unterschiedlichen Konfigurationen kombinierbar. Auch der Installationsaufwand, vornehmlich Rohrleitungen, ist vor allem beim 4-Leiter-System vergleichbar. Wird das Warmwasser hingegen dezentral über elektrische Durchlauferhitzer bereitet, ist Strom die einzige und damit ausschließliche Energiequelle.

Einsparungen bei den Investitionskosten für nicht notwendige Rohrleitungsinstallationen stehen dadurch zum einen höhere Aufwändungen für die Elektroinstallation auf der Etage gegenüber, denn Geräte für Dusche/Bad liegen üblicherweise im Leistungsbereich zwischen 18 und 27 kW. Sie benötigen also einen 400-V-Anschluss. Lediglich für Waschbecken oder Küchenspüle sind steckerfertige Untertischgeräte mit 3,5 kW (bedingt) geeignet. Bei mehr Leistung ist auch für solche Geräte schon ein ein- oder zweifasiger Festanschluss notwendig. Zum anderen ist bei der Kostenkalkulation die höhere Auslegung des Hausanschlusses zu beachten. Bei einem Achtfamilienhaus macht das z. B. den Unterschied von 69 kW anstelle von 45 kW ohne dezentrale Warmwasserbereitung aus (Quelle: e-netz Südhessen). Das schlägt sich später dauerhaft in den entsprechend höheren Bezugskosten nieder.

Für einen belastbaren Kostenvergleich der verschiedenen Warmwassersysteme spielt vor diesem Hintergrund auch das Nutzerverhalten eine Kernrolle. Allein die bei der Auslegung nach DIN 4708-2 bzw. DIN EN 12831-3 in so genannten Komfortwohnungen anzunehmenden höheren Zapfleistungen durch Regenduschen oder ähnliches lassen bei einer „Normfamilie“ (3,5 Personen, vier Räume) den sonst üblichen Wärmebedarf von etwa 5,82 kWh/Tag (Bedarfskennzahl N = 1) für Warmwasser um bis zu 30 % steigen.

In Nicht-Wohngebäuden, wie Hotels, Krankenhäusern oder Sportstätten, sind Systeme mit dezentralen Elektrodurchlauferhitzern daher ebenfalls eher ungeeignet.

Trinkwasserhygiene: ein Thema auch in dezentralen Systemen

Im direkten Vergleich von zentraler und elektrisch-dezentraler Warmwasserbereitung tritt die Frage des Erhalts der Trinkwasserhygiene immer stärker in den Vordergrund. Denn lange Zeit galt die dezentrale PWH-Erzeugung wegen der geringen Leitungslängen und der bedarfsgerechten Bereitstellung (unmittelbar und nur bei Zapfung) zwar als hygienisch unkritisch.

So schreibt etwa die TrinkwV in § 31 („Untersuchungspflichten in Bezug auf Legionella spec.“) eine systemische Untersuchung der Wasserversorgungsanlage auf den Parameter Legionella nur dann vor, wenn sie u. a. mehr als 3 l Inhalt in mindestens einer Trinkwasserleitung zwischen dem Abgang des Trinkwassererwärmers und der Entnahmestelle für Trinkwasser hat. Auf die dezentrale PWH-Bereitung trifft dies üblicherweise nicht zu. Solche Anlagen wären damit aus der regelmäßigen Beprobung herausgenommen. Diese Einschätzung findet sich auch in der DIN 1988-200 „Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen – Teil 200: Installation Typ A (geschlossenes System)“ wieder. „Dezentrale Durchfluss-Trinkwassererwärmer können ohne weitere Anforderungen betrieben werden, wenn das nachgeschaltete Leitungsvolumen von 3 l im Fließweg nicht überschritten wird“, heißt es dort.

Allerdings zeigen neueste Forschungsergebnisse, dass diese Regelung so nicht (mehr) haltbar ist: Es gibt bislang keinen einzigen Nachweis, dass dezentrale Trinkwassererwärmungssysteme hygienisch unbedenklicher sind als eine zentrale Warmwasserbereitung – weil es bisher für dezentrale Warmwasserbereitungssysteme keine Beprobungspflicht gab. Der Logik „keine Beprobung = Negativprobe = hygienisch unbedenklich“ widerspricht zudem, dass die für den Schutz vor Legionellen in PWH notwendige Temperatur von mindestens 55 °C bei dezentraler Trinkwassererwärmung in der Praxis kaum eingehalten wird: Um Energie zu sparen, werden elektrische Durchlauferhitzer erfahrungsgemäß sehr häufig nur auf die ausreichende Nutzungstemperatur eingestellt, also etwa 35 °C für das Händewaschen und bis 43 °C für das Baden/Duschen. Damit befindet sich Trinkwasser warm in den Leitungsabschnitten zwischen Durchlauferhitzer und Entnahmestelle permanent in einem für das Legionellenwachstum kritischen Temperaturbereich. Gestützt wird diese Feststellung durch die Veröffentlichung der Ergebnisse der LeTriWa (Legionellen in der Trinkwasserinstallation)-Studie des Umweltbundesamt (UBA), die von 2016 bis 2020 an Kleinanlagen und dezentralen Trinkwassererwärmern durchgeführt wurde. Dort wurde u. a. nachgewiesen, dass auch in nicht-untersuchungspflichtigen Trinkwasserinstallationen Legionellen vorkommen und Ursache für den Erwerb der Legionärskrankheit sein können.

Die in elektrischen Durchlauferhitzern häufig eingestellte Nutzungstemperatur für PWH um ~43 °C ist gleichzeitig der Temperaturbereich mit dem höchsten Risiko für Legionellenwachstum – ein massives Risiko für die Trinkwasserhygiene. Bild: Viega

Entsprechend hat das Medizinaluntersuchungsamt des Universitätsklinikums Schleswig-Holstein aus Kiel schon 2016 auch bei Probenahmen in einer Apartmentanlage mit 84 Wohneinheiten, die über Elektrodurchlauferhitzer versorgt werden, in 54 % der Wohnungen Legionellenkonzentrationen oberhalb des technischen Maßnahmenwertes (100 kBE) festgestellt. In 12 % der Wohnungen lag das Beprobungsergebnis sogar oberhalb des Gefahrenwertes von 10.000 KBE/100 ml.

Warmwasserbereitung und Energieeffizienz

Die Betrachtung der Energieeffizienz muss wegen des hohen Energieanteils für die PWH-Bereitung zukünftig deutlich stärker in die Konzeption von Warmwasserinstallationen einfließen als bisher. Vor allem vor dem Hintergrund, dass z. B. bei „kalten“ Wärmenetzen sowie bei Wärmepumpen das Δt des Temperaturhubs der bestimmende Faktor für die Anlageneffizienz ist. Und die wiederum kann sich bis in die öffentliche Förderung der Gesamtinvestition auswirken. Aber auch hier gilt es, wie bei den Investitionskosten, ganz klar zu differenzieren:

Geht es in der Betrachtung um das grundlegende Konzept der PWH-Bereitung (zentral vs. dezentral) – oder steht der Energieeinsatz mit der zugehörigen Energiequelle zur Diskussion, der für die Ausschüttleistung an Trinkwasser warm notwendig ist?

Dezentrale, strombasierte Lösungen wie elektrische Durchlauferhitzer können z. B. zweifellos zur Reduzierung von Energieverlusten und CO₂-Emissionen beitragen. Sie folgen damit direkt dem politisch gewollten Pfad, den Energieverbrauch allgemein von „fossilen“ Energieträgern hin zu erneuerbaren Energien zu verschieben – und das ist in erster Linie Strom aus regenerativen Quellen (wie Wind- und Wasserkraft sowie PV). Entscheidend ist dabei aber,

• inwieweit die benötigte Stromleistung aus erneuerbarer Energie auch zu Spitzenlastzeiten zuverlässig zur Verfügung steht (Stichwort: „Flatterstrom“) und
• wie effizient die eingesetzte Energie in der Direktverstromung durch Durchlauferhitzer tatsächlich genutzt wird, wenn Wärmepumpen als Energielieferanten in der zentralen PWH-Bereitung im direkten Verbrauchsvergleich stattdessen aus einer Einheit Strom mindestens das Doppelte, oft sogar das Drei- oder Vierfache an Wärme generieren?

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und das Institut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH) der Universität Freiburg haben diesen Wärmepumpeneffekt am Fallbeispiel eines Mehrfamilienhaus-Neubaus mit 30 Wohneinheiten untersucht. Zu den Installationsvarianten gehörte einmal ein zentraler Pufferspeicher mit einer mit 68 °C beschickten Frischwasserstation (Wärmetauscher) sowie mit Rücklaufeinschichtung. Beim zweiten System wurde die Frischwasserstation durch einen zweiteiligen Viega Durchfluss-Trinkwassererwärmer ersetzt. Die 55 °C warme PWH-Zirkulation gelangt also jeweils am optimalen Temperaturpunkt wieder in den Speicherbereich, damit der nachzuspeisende Kaltwasseranteil möglichst niedrig ausfällt.

Versuchsaufbau des Fraunhofer ISE zur Ermittlung der JAZ einer Wärmepumpe bei zentraler Trinkwarmwasserbereitung in einem Mehrfamilienhaus. Bild: Viega

Das Ergebnis: Trotz der normativ geforderten Systemtemperaturen von 60/55 °C und den üblichen Bereitstellungs- und Verteilverlusten erreichte die System-Jahresarbeitszahl (JAZ_SYS, also unter Berücksichtigung der elektrischen Nachheizenergie für den Pufferspeicher) der NT-Wärmepumpe bei 58 °C Vorlauftemperatur und einfachem Durchfluss-Trinkwassererwärmer bereits eine JAZ_SYS von 1,9, bei zweistufiger Trinkwassererwärmung belief sich der Leistungswert auf 2,0. Der eingesetzte Strom wurde also um den Faktor 2 effizienter genutzt als bei Direktverstromung zur Warmwasserbereitung.

Wie ist es um die Zukunftsfähigkeit bestellt?

Die auf Strom basierende Zukunft der nachhaltigen Energieversorgung setzt für eine gleichmäßige Leistungsbereitstellung entweder geeignete Batteriesysteme oder andere Energiespeicher voraus. Denn der Faktor „Zeit“ bekommt mit dieser Variante der Energiebereitstellung, also der klaren Entkopplung von Erzeugung und Bedarf eine größere Bedeutung als bisher. Beim direkten Vergleich der reinen Energiedaten wird dies leider viel zu häufig „vergessen“.

Zu den effizienten Speichervarianten zählen in diesem Kontext beispielsweise großzügig ausgelegte Pufferspeicher, über die die zentrale Trinkwassererwärmung nachgelagert im Durchflussprinzip erfolgt. Diese Energiespeicher können zudem auch aus weiteren Wärmequellen (wie Anergie, Solarthermie oder über PV-Direktheizung) beschickt werden. Das steigert nicht nur die bereits beschriebene JAZ der primär heizenden Wärmepumpen, sondern sorgt auch für eine bessere Ausbeute der gebäudeeigenen Energiequellen (z. B. warme Abluft aus einer Anlage zur kontrollierten Wohnraumlüftung).

Abgestimmtes Zusammenspiel: Zwei Luft/Wasser-Wärmepumpen in Kaskade, kombiniert mit einer großzügig dimensionierten PV-Anlage sowie einem Elektro-Zusatzheizer, sorgen in einem dreigeschossigen Neubau mit 18 Wohneinheiten im Ruhrgebiet für die zentrale Versorgung mit Raumwärme und Warmwasser. Bild: Viega

Wird die selbst hergestellte PV-Energie vom eigenen Dach in Wärme gespeichert (und nicht für ca. 7 Cent/kWh in das Stromnetz eingespeist), entsteht gleichzeitig ein wirtschaftlicher Gewinn, da andernfalls bei Bedarf Strom für ca. 40 Cent/kWh (Stand: Frühjahr 2026) vom Stromversorger bezogen werden muss. Zudem wird durch die direkte Nutzung der PV-Leistung vor Ort die allgemeine Netzeinspeisung geglättet, also über die Menge der Anlagen das Risiko einer möglichen Überlastung des Stromnetzes verringert.

Bei elektrischen Durchlauferhitzern erfolgt der Stromeinsatz hingegen immer bedarfsbezogen; der Zeitpunkt des Stromverbrauchs wird damit zur Schlüsselgröße. Der hohe elektrische Bedarf der Elektrodurchlauferhitzer typischerweise in den Morgen- und Abendstunden fällt so in Zeiträume, in denen der erneuerbare Stromanteil gleichzeitig meist recht niedrig ist. Es wird also zusätzlicher Strom überproportional häufig aus fossilen Kraftwerken benötigt. Die rechnerisch mögliche Effizienz des Geräts steht somit in einem deutlichen Widerspruch zur tatsächlichen Systemwirkung im Stromnetz – und diese Variante der Warmwasserbereitung damit im direkten Gegensatz zu zukunftsweisenden Energiekonzepten auf Basis regenerativer Energien, in denen die Energie erzeugungsgesteuert zur Beschickung von Pufferspeichern genutzt wird.

Eine naheliegende Lösung zur Entkopplung von Stromerzeugung und -verbrauch wären in diesem Zusammenhang zwar Batteriespeicher. Für den Betrieb von Elektrodurchlauferhitzern mit Leistungen von bis zu 27 kW setzt das jedoch

• sehr große Batteriespeicherkapazitäten
• leistungsstarke Wechselrichter
• und damit erhebliche Investitionskosten

voraus. Für den Gebäudesektor sind solche Lösungen daher aktuell weder wirtschaftlich noch technisch realistisch.

Fazit

Die Transformation des Energiesystems hin zu einem hohen Anteil erneuerbarer Energien erfordert ein Umdenken, das über die reine Effizienzbetrachtung einzelner Geräte hinausgeht. Entscheidend ist künftig die Systemverträglichkeit von Technologien mit einem Stromsystem, das zunehmend durch volatile Erzeugung aus Wind und Sonne geprägt ist.

Der deutsche Strommix ist zunehmend von erneuerbaren Energien geprägt. Im Jahr 2025 stammten rund 56 % des Stromverbrauchs aus erneuerbaren Quellen. Gleichzeitig bedeutet dies, dass ein erheblicher Anteil weiterhin aus fossilen Energieträgern  stammt – insbesondere dann, wenn Wind und Sonne nicht ausreichend zur Verfügung stehen. Bild: Viega

Dezentrale Elektrodurchlauferhitzer erscheinen auf den ersten Blick effizient, da sie elektrische Energie verlustarm in Wärme umwandeln. Sie verstärken jedoch strukturelle Probleme des Energiesystems durch hohe gleichzeitige Leistungsanforderungen, einen zwangsläufig verbrauchsorientierten Betrieb sowie eine Nutzung von Strom genau zu den Zeiten, in denen erneuerbare Energien häufig nicht zur Verfügung steht. Damit tragen sie weder zur Netzstabilität noch zur optimalen Nutzung des regenerativ erzeugten Stroms bei.

Zentrale Warmwassersysteme mit Wärmepumpe und Pufferspeicher hingegen leisten einen aktiven Beitrag zur Energiewende. Sie ermöglichen einen erzeugungsgesteuerten Verbrauch, entlasten Stromnetze durch geringere Anschlussleistungen und nutzen erneuerbare Energien dann, wenn sie verfügbar sind. Die Speicherung von Energie in Form von Wärme stellt somit eine volkswirtschaftlich sinnvolle und kosteneffiziente Alternative zu großskaligen elektrischen Speichern dar.

Zentrale Warmwassersysteme mit Pufferspeicher – gespeist über eine Wärmepumpe, aus einem Wärmenetz oder über PV – leisten einen aktiven Beitrag zur Energiewende, da sie einen erzeugungsgesteuerten Verbrauch der ressourcenschonend gewonnenen Energie ermöglichen. Bild: Viega

Daraus abgeleitet wäre es sinnvoll, wenn in Zukunft

• Förderinstrumente, gesetzliche Rahmenbedingungen und energetische Bewertungsmaßstäbe systemdienliches Verhalten belohnen
• eine gesamtenergetische und zeitliche Bewertung des Energieeinsatzes erfolgt anstelle der Betrachtung des Endenergieverbrauchs einzelner Geräte erfolgt und
• Technologien, die Erzeugung und Verbrauch zeitlich entkoppeln, explizit als strategische Schlüsseltechnologien der Wärmewende anerkannt und gefördert würden.

Eine erfolgreiche Energiewende im Gebäudesektor wird nicht allein dadurch erreicht, dass Strom genutzt wird, sondern dadurch, dass er intelligent, zeitlich flexibel und speicherfähig eingesetzt wird. Zentrale Trinkwassererwärmungssysteme mit Wärmepumpe und Wärmespeicher erfüllen diese Anforderungen – Elektrodurchlauferhitzer hingegen nicht.