Um das Beckenwasser warm zu bekommen, kommt häufig ein Wärmetauscher zum Einsatz. Wie Wärmetauscher funktionieren und was es für unterschiedliche Typen gibt, dazu mehr im folgenden Beitrag.

Energieeffiziente Beckenheizer

Die Möglichkeiten der Beckenwassererwärmung, egal ob Hallen- oder Freibad, sind vielfältig. Dabei kommen sowohl fossile Brennstoffe als auch erneuerbare Energien in Frage. Häufig sind es sinnvolle Kombinationen aus konventionellen Heizmitteln in Verbindung mit Wärmerückgewinnungssystemen. Heizsysteme zur Beckenwassererwärmung sind zum Beispiel:

  • Zentrale Gebäudeheizung
  • Blockheizkraftwerk
  • Elektroenergie
  • Solarenergie
  • Wärmepumpe
  • Wärmerückgewinnung

Zu beachten ist: Im Privatbereich darf die zur Erwärmung des Schwimmbadwassers benötigte Heizenergie nicht zu der für Gebäudeheizung errechneten Kesselleistung addiert werden. Dies ist auch nicht notwendig, denn eine Erhöhung der Kesselleistung zur Erstaufheizung würde zu einer unnötigen Vergrößerung der Kesselleistung führen. Dies mindert automatisch den Kesselwirkungsgrad und erhöht den Energieverbrauch.

Beim Privatschwimmbad rechnet man mit einer Aufheizzeit des Beckenwassers von etwa ein bis zwei Tagen. Dabei ist zu beachten, dass die heute üblichen Niedertemperatur- und Brennwertkessel nicht mehr wie früher eine konstante Kesseltemperatur fahren, sondern sich lastabhängig regeln. Das heißt die Heizkessel fahren nur noch bedarfsgerecht mit gleitendem, der jeweiligen Außentemperatur angepasstem Temperaturniveau einschließlich Nachtabsenkung. So ist es sinnvoll, bei der primären Heiztemperatur zur Beckenwassererwärmung von 80° Celsius auszugehen. Denn zur Beckenwasser-Erstaufheizung – und nur darum geht bei der Auslegung des Wärmetauschers – lässt sich die Kesseltemperatur problemlos solange konstant auf 80° Celsius einstellen, das heißt die automatische Regelfunktion manuell überbrücken, bis die gewünschte Beckenwassertemperatur erreicht ist. Anschließend kann der Heizkessel wieder automatisch selbstregelnd, das heißt gleitend mit der zur Gebäudeheizung notwendigen Temperatur gefahren werden, denn diese Temperatur reicht zur Konstanterhaltung der Beckenwassertemperatur völlig aus.

Die täglichen Energiekosten eines Hallenbades werden im Wesentlichen durch die permanente Wasserverdunstung bestimmt. Der tägliche Energieverlust über das Beckenwasser ohne Abdeckung und ohne Frischwasserzusatz und einer angenommenen Abkühlung von 1 K/Tag beträgt bei 43,2 m3 Beckeninhalt 50 kW. Zu betonen ist, dass es sich um einen reinen empirischen Wert handelt, der von vielen Parametern beeinflusst wird. Dass sich die Verdunstungsmenge durch Energierückgewinnung weitgehend in das Beckenwasser wieder zurückführen und die Verdunstung durch eine Abdeckung minimieren lässt, versteht sich von selbst.

Egal welchen Energieträger man wählt, es wird grundsätzlich zur Übertragung der Wärme an das Beckenwasser ein sogenannter Wärmetauscher benötigt. Diese arbeiten je nach Anwendungszweck nach unterschiedlichen Funktionsprinzipien. Bei den hydraulischen Wärmetauschern, wie man sie in Verbindung mit der Gebäudeheizung verwendet, gibt es drei relevante Systeme: Heizrohrbündel-, Plattenwärme- und Rohrwärmetauscher. Heizrohrbündel-Wärmetauscher in Form von Heizschlangen, Heizregister oder Rippenrohr-Heizbündel finden in der gebäudetechnischen Trinkwassererwärmung als Durchlauf- oder Speichersystem Anwendung. Sie werden heute zur Beckenwassererwärmung kaum noch eingesetzt.

Bei den Plattenwärmetauschern ist zwischen den gelöteten und den geschraubten zu unterscheiden. Die gelöteten sind durch Korrosionserscheinungen aufgrund des Lötmaterials ins Gerede gekommen. Geschraubte Plattenwärmetauscher bieten die Möglichkeit, wie der Name sagt, die Tauscherflächen mit ihren sehr schmalen Zwischenräumen auch nachträglich zu reinigen. Der energetische Wirkungsgrad ist, bedingt durch die große Übertragungsfläche, relativ hoch mit der Folge, dass nur kleine Tauscherabmessungen benötigt werden.

Da bekanntlich jede Technik Vor- und Nachteile hat, erkauft man sich bei Plattenwärmetauschern den hohen Wirkungsgrad auf Kosten des hydraulischen Gerätewiderstandes als Folge der sehr großen Tauscherfläche. Dies erfordert eine größere Filterpumpen-Förderhöhe und bedingt einen höheren Stromverbrauch. Bei hydraulisch richtig konzipierten Röhrenwärmetauschern ist der Geräteaufbau sehr energieschonend, da der hydraulische Widerstand sowohl heiz- als auch schwimmbadseitig sehr gering ist. Folglich dominieren bei den im Schwimmbad üblichen Temperaturen die Röhrenwärmetauscher.

Was die Dimensionierung des Wärmetauschers angeht, so sind folgende Parameter zu beachten: Heizleistung, Poolwassertemperatur, untere Heizmitteltemperatur, Mindest-Volumenstrom, heizseitiger und schwimmbadseitiger Druckverlust. Mit diesen Kenndaten lässt sich jeder Wärmetauschertyp anhand der Herstellerunterlagen problemlos bestimmen. Da die Gerätewiderstände fabrikationsspezifisch unterschiedlich ausfallen, sind die Daten entsprechend zu berücksichtigen. Bei optimal konzipierten Röhrenwärmetauschern liegt der hydraulische Gerätewiderstand je nach Leistung heizseitig (primär) zwischen 0,1 bis 0,15 bar. Da die Gerätehersteller bei ihren Heizleistungsangaben von einer bestimmten Beckenwassertemperatur ausgehen müssen, ergeben sich bei darüber befindlichen Wassertemperaturen Heizleistungsminderungen im Bereich von ca. 10 %.

Bringt man die Gebäude-Heiztemperatur um ca. 80 % rechnerisch in Ansatz, gibt es bei den handelsüblichen Wärmetauschern keine Probleme. Anders ist es bei Niedrigenergieheizungen. Denn je niedriger die Heiztemperatur ist, umso größer muss die Heizfläche sein, um die gleiche Wärmeenergie an das Beckenwasser zu übertragen. Bei Heizmittelversorgung über Abwasserwärme, Niedertemperaturheizsysteme, Solaranlagen etc. gibt es aber auch spezielle Schwimmbad-Wärmetauscher mit entsprechend vergrößerten Heizflächen.

Wärmetauscher bestehen in der Regel aus Metall, wobei nur hochwertige Nirosta-Stähle zum Einsatz kommen. Edelstähle mit der Kennnummer 1.4303 (V2A) werden aufgrund ihres niedrigen Chlorwiderstandes von ca. 150 mg/l kaum noch eingesetzt. Bei normalem Poolwasser, das heißt Süßwasser, hat sich der austenitische Chrom-Nickel-Molybdän-Edelstahl, Werkstoff-Nr. 1.4571 (V4A) seit vielen Jahren bewährt. Voraussetzung ist eine richtige Beckenwasserpflege und die Chemikaliendosierung in Fließrichtung hinter dem Wärmetauscher, da die Chloridresistenz temperaturabhängig bei 500 mg/l liegt. Es ist auf jeden Fall sicherzustellen, dass Chemikalien nicht durch Rückfluss in den Wärmetauscher gelangen können.

Bei chemisch aggressiven Wässern wie zum Beispiel Sole- und Mineralwässern, aber auch bei einer Salzanreicherung des Beckens setzt man besser den hoch korrosionsbeständigen Werkstoff Titan ein. Dieser ist bis 36.000 mg/l (Nordseewasser) problemlos geeignet. Eine andere Variante sind Wärmetauscher aus Kunststoff in Verbindung mit gebündelten Heizrohren aus Metall.

Darüber hinaus sind im Markt auch Elektrowärmetauscher zu finden. Diese werden zum Beispiel bei kleineren Beckenvolumen wie Whirlpools, Whirlwannen und Dekorationsbecken verwendet. Deren Leistung wird durch die im Gebäude zur Verfügung stehende Stromleistung mitbestimmt. Damit die Heizleistung nicht unnötig groß wird, verlängert man die Aufheizzeit entsprechend. Je nach Geräteleistung beträgt der Mindestwasserfluss 1 bis 3 m3/h. Elektrowärmetauscher gibt es mit Heizleistungen von 1,5 bis 45 kW. Bei normalen Süßwässern nimmt man ebenfalls Edelstahl mit der Kenn-Nr. 1.4571. Bei aggressiven Wässern wie zum Beispiel Fischteichen mit erhöhtem Korrosionsrisiko wird fürs Gerätegehäuse Titan verwendet, und bei den Heizstäben, bedingt durch die hohe Temperaturbelastung, verwendet man die Königsklasse unter den Werkstoffen: Incoloy 825.

Christoph Saunus