Wie kommt die Wärme so schnell ins Duschwasser?

Wie von Irgendwem experimentell belegt wurde, wird Warmwasser im Durchfluss in einem Hygienespeicher so rasch erwärmt, dass damit auch anspruchsvolle Warmduscher (Heißduscher) zufrieden gestellt werden können.

Worin besteht nun das Geheimnis dieser Wärmeübertragung?

Die durch einen Wärmetauscher (Neudeutsch und korrekt: Wärmeübertrager) übertragene Wärmeleistung entspricht dem Produkt folgender Faktoren:

  • Der Oberfläche des Wärmetauschers, d.h. der Außenfläche des Edelstahl-Wellrohres im Wärmetauscher des Hygienespeichers.
    Für den betrachteten Speicher sind das: 5,8 m2 (!), also keine geringe Fläche!
  • Der Wärmestrom pro Fläche ist nicht an jeder Stelle des Rohres gleich. Daher wird eine mittleren Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Wassers im Volumen des Speichers („Das Große“) und der des zu erwärmenden Wassers im Rohr berechnet:
    Aus dem Messergebnissen …
    – Temperatur des Speichers: 47°C
    – Temperatur Kaltwasser: 15,5°C
    – Temperatur Warmwasser: 41,5°C
    … ergibt sich folgende mittlere logarithmische Temperatur:
    [41,5 – 15,5]/ln[(47-15,5)/(47-41,5)] = 15 K
  • Des Wärmedurchgangskoffizienten (‚k-Wert‘) in Watt pro m2 und Kelvin. Dieser entspricht dem U-Wert in der Bauphysik und beschreibt zusammenfassend die Wärmeübertragung durch Konvektion im Rohr, Wärmeleitung durch die Rohrwand und Konvektion durch Dichteunterschiede im Speicher. Für eine Abschätzung wird hier ein typischer Richtwert von ca. 150 W/m2K angenommen.
    (Dies ist ein unteres Limit für einen Rohrbündelwärmetauscher)

Damit ergibt sich geschätzt eine Wärmetauscherleistung von ca. 13 kW
… was mit den gemessenen 12 kW gut übereinstimmt!

12 kW erscheint hoch – vergleichbar mit der maximalen Leistung einer Heizung eines Einfamilienhauses. Zu berücksichtigen ist aber, dass das Warmwasser im Wärmetauschrohr auch relativ lange unterwegs ist:

Das Volumen des Rohres im Speicher beträgt 48 Liter. Bei einem Volumenstrom von 6,25 Liter pro Minute ist  ein Wassertröpfchen daher fast 8 Minuten unterwegs – und hat daher ausreichend Zeit sich aufzuwärmen.

Heat Exchanger (Heat exc 1-1)

Wärmetauscher – schematisch. Warme und kalte Flüssigkeit sind durch eine Grenzfläche getrennt. Der Wärmedurchgangskoeffizient hängt u.a. von der Strömungsgeschwindigkeit der beiden Flüssigkeiten ab.

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