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Trinkwassererwärmung

Autoren
OldBo
20.05.2016
Die Erwärmung des Trinkwassers steht auf Grund der vielfältigen Möglichkeiten immer häufiger im Mittelpunkt der Diskussionen, wenn es um die Planung einer Trinkwasser- bzw. Heizungsanlage geht.

Die Erwärmung des Trinkwassers steht auf Grund der vielfältigen Möglichkeiten  immer häufiger im Mittelpunkt der Diskussionen, wenn es um die Planung einer Trinkwasser- bzw. Heizungsanlage geht.

Normen zur TRWI (Technische Regeln der Trinkwasserinstallation)
Europäische Grundsatznormen
Nationale Ergänzungsnormen
DIN EN 1717 Schutz des Trinkwassers - 11/2000
DIN 1988-100 Schutz des Trinkwassers - 8/2011
DIN EN 806 Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen Teil 1 Allgemeines - 5/2001
Teil 2 Planung - 6/2005 DIN 1988-200 Planung - 5/2012
Teil 3 Berechnung - 6/2006 DIN 1988-300 Berechnung - 6/2012
Teil 4 Ausführung - 6/2010
Teil 5 Betrieb - 5/2012
DIN 1988-500 Druckerhöhungsanlagen mit
drehzahlgeregelten Pumpen - 10/2010
DIN 1988-600 Feuerlöschanlagen - 12/2010
DIN 14462 Löschwasssereinrichtungen - 12/2012

DIN EN 806-2 und DIN 1988-200 Planung
9.6.2.2 Zentrale Trinkwassererwärmer
Zentrale Trinkwassererwärmer – Speicher- oder Durchflusssysteme, bzw. kombinierte Systeme (Speicherladesysteme) – müssen so geplant, gebaut und betrieben werden, dass am Austritt aus dem Trinkwassererwärmer die Warmwassertemperatur 60 °C beträgt.
Bei Entnahme von Spitzenvolumenströmen ist mit einem Temperaturabfall im Speicher zu rechnen. Kurzzeitige Absenkungen der Speicheraustrittstemperatur im Minutenbereich sind daher tolerierbar. (siehe z. B. DIN 4708). Systembedingte Unterschreitungen von 60 °C sind unzulässig.
DIN 1988-200 (05/2012)
9.7.2.3: Zentrale Trinkwassererwärmer mit hohem Wasseraustausch
Wird im Betrieb ein Wasseraustausch in der TW-Installation für TWW innerhalb von 3 Tagen sichergestellt, können Betriebstemperaturen auf gleich oder größer 50 °C eingestellt werden. Betriebstemperaturen <50 °C sind zu vermeiden. Der Betreiber ist im Rahmen der Inbetriebnahme und Einweisung über das eventuelle Gesundheitsrisiko (Legionellenvermehrung) zu informieren.

In der Fachkreisen hat sich die Meinung gefestigt, dass nur eine thermische Desinfektion und/oder eine ultraviolette Desinfektion als wirksam für die Abtötung von den Legionellen erwiesen haben. Grundsätzlich ist bei jeder Anlage, bei der ein Legionellenverdacht besteht eine fachgerechte Probennahme mit anschließender Wasseranalyse durchzuführen.

Nach neuen Erkenntnissen kann die sogenannte. "Legionellenschaltung" (regelmäßiges Hochheizen des Trinkwassererwärmers und der Leitungen) kontraproduktiv sein. Aktive Legionellen, die bei Wassertemperaturen unter 50 °C vorhanden sind und sich vermehrt haben, können durch die hohen Temperaturen in eine Art Ruhezustand (VBNC-Zustand [Viable But Non Culturable]) versetzt werden und überstehen das Hochheizen des Wassers. Außerdem werden die Legionellen bei jeder Aufheizung unempfindlicher gegen erhöhte Wassertemperaturen. Sie werden resistent gegen hohe Temperaturen. Dadurch kann sogar eine thermische Desinfektion unmöglich sein. Eine Legionellenschaltung kann also nur die über das Wasser, das vom Versorger geliefert wird, neu in das Trinkwassersystem gespülten Legionellen abtöten.

Legionellen sind normalerweise eine fakultativ human-pathogene Spezies, die nur unter bestimmten Voraussetzungen krankheitserregend sind. Ihre Human-Pathogenität erhalten sie nur, wenn die Vermehrungsbedingungen (Temperaturen > 25 °C, Stagnation des Wassers, Biofilme) ideal sind.

Diese Vorgaben gelten grundsätzlich (wird aber in der Regel in Ein- und Zweifamilienhäusern nicht überprüft), aber erst einmal sind die Anlagen in Häusern ab 3 Wohneinheiten und das, was in der Trinkwasserverordnung beschrieben wird. Diese Anlagen sind melde- und prüfpflichtig. Aber letztendlich geht es immer um die Hygiene in der Trinkwasserinstallation. Außerdem wird ein Verbrühschutz notwendig.

Im Einfamilienhaus ist der durchschnittliche Pro-Kopf-Verbrauch hoher als im Geschosswohnungsbau. Der Verbrauch wird für die Auslegungen mit 30 l pro Person bei 60 °C angenommen. Im Mehrfamilienhaus liegt der nach VDI 6002 Teil 1 empfohlene Wert bei 22 l pro Person bei 60 °C.

In den bestehenden Gebäuden sind dies ca. 10 bis 15% und bei dem heutigen Baustandard (Niedrigenergie- oder Passivhaus) kann der Energiebedarf für die Trinkwassererwärmung jedoch bis zu 30  bis 50 % des gesamten Energiebedarfs ausmachen.

Arten der Trinkwassererwärmung

Das erwärmte Trinkwasser (TWW) soll nach Absprache zwischen Planer und Betreiber mit der gewünschten Temperatur und Menge ohne große Verzögerung an der Zapfstelle zur Verfügung stehen. Die Warmwassertemperatur soll an den Entnahmestellen regelbar und hygienisch einwandfrei sein.

Einteilung der Trinkwassererwärmungsanlagen

nach dem Trinkwassererwärmungssystem

nach der Art der Wärmeaustauscher

  • direkt (unmittelbar) beheizte Trinkwassererwärmer (Kohle-, Holz-, Öl-, Gas- und Strom)
  • indirekt (mittelbar) beheizte Trinkwassererwärmer (Warm- und Heißwasser, Dampf)

nach der Art der Wärmequelle

  • Festbrennstoffbeheizte Trinkwassererwärmer
  • Ölbeheizte Trinkwassererwärmer
  • Gasbeheizte Trinkwassererwärmer
  • Elektrischbeheizte Trinkwassererwärmer
  • Dampfbeheizte Trinkwassererwärmer
  • Wasserbeheizte Trinkwassererwärmer
  • Solarthermische Trinkwassererwärmung
  • Solarelektrische Trinkwassererwärmung

nach der Zahl der Entnahmestellen

  • Einzelversorgung mit einer Entnahmestelle
  • Gruppenversorgung mit mehrere Entnahmestellen
  • Zentralversorgung mit Verteilleitungen für viele Entnahmestellen

nach dem Wasserdruck im Trinkwassererwärmer

  • Offene Anlagen bzw. drucklose Anlagen
  • geschlossene Anlagen

nach der Größe der Anlage (DIN 4753-1)

  • Gruppe I, das Produkt p · V = Druck · Inhalt (bar · Liter) ist < 300 und die Wärmeleistung P < 10 kW (Speichersystem) bzw. V < 15 Liter und P < 50 kW (Durchflußsystem)
  • Gruppe II, alle übrigen Anlagen. Diese benötigen eine Prüfung durch Sachverständige (mit Ausnahme der mittelbar mit < 110 °C beheizten Behälter)
Dimensionierung der Warmwasserbereitung
Bedarfsermittlung - Trinkwassererwärmung
 Bedarfsermittlung - Trinkwassererwärmung
Quelle: Bosy
Bei der Auslegung eines Trinkwasserspeichers für Ein- und Mehrfamilienwohnhäusern kann von einem Warmwasserbedarf von 30 bis 50 Liter pro Person/Tag bei einer Temperatur von 45°C ausgegangen werden. In einem Einfamilienwohnhaus mit ca. 150 m² Wohnfläche ergibt sich daraus für einen 4-Personen-Haushalt ein Warmwasserverbrauch von 160 Litern pro Tag und somit eine erforderliche Wärmemenge  von  6,51 kWh (160 Liter von 10 °C auf 45 °C ).

Der spezifische Wärmebedarf  beträgt von 15,8 kWh/(m2 * a). Die EnEV gibt einen Standardwert von 12,5 kWh/(m2 * a) vor. Bei zukünftig steigendem Warmwasserkomfort und auf Grund der Legionellenproblematik (≥ 60 °C) besteht hier kein Einsparpotenzial. Die Speicherung von erwärmtem Trinkwasser (Warmwasser) muss so bemessen werden, dass die Speichermenge möglichst an einem Tag verbraucht wird. Auch sollte man bedenken, dass die Warmwassertemperatur ≥ 60 °C* haben muss, damit das Wasser hygienisch einwandfrei bleibt. Natürlich ist auch hier die Hygiene in der Trinkwaserinstallation zu beachten.
*Nach der DIN 1988-200 gibt es eine Ausnahmeregelung für Speicher in Wärmepumpenanlagen, deren Wasseraustauch innerhalb von 3 Tagen sichergestellt wird. Hier können Betriebstemperaturen von 50 °C eingestellt werden. Es muß aber die Möglichkeit bestehen, die Bevorratungstemperatur auf ≥ 60°C einzustellen und der Betreiber ist über das Gefährdungspotential bei abgesenkten Temperaturen zu informieren.

Um die "Größe" eines Trinkwassererwärmers (Speicher, Frischwasserstation, Durchlauferwärmer) zu berechnen, benötigt man die genormte Bedarfskennzahl N (Warmwasserbedarf - nach DIN 4708 Teil 2) und die gemessene Leistungskennzahl NL (notwendige zuzugeführende Leistung - nach DIN 4708 Teil 3). Nachdem der Warmwasserbedarf berechnet wurde, wird über die Leistungskennzahl aus den Herstellerunterlagen der passende Trinkwassererwärmer ermittelt.
Summenlinienverfahren
Kapazitätenschaubild - Speicherladung
 Kapazitätenschaubild - Speicherladung
Quelle: Bosch Thermotechnik GmbHBuderus Deutschland

Bei dem Summenlinienverfahren wird der Energiebedarf für die Trinkwassererwärmung grafisch dargestellt. Ein Kapazitätenschaubild (KSB [Wärmeschaubild]) ist die Planungshilfe für Bedarfsprofile, in denen über eine längere Zeit unterschiedlich Warmwasser entnommen wird und die Entnahme sich zeitlich überschneidet. Die Steigung der Summenlinie zeigt die "Warmwasserleistung" (kWh/h = kW). Das Summenlinienverfahren bildet die Grundlage für eine weitere Bearbeitung mit den verschiedenen Dimensionierungs-Programmen (z. B. Logasoft DIWA). Mithilfe dieser Programme lassen sich Dauerleistungsdiagramm und Summenlinieverfahren kombinieren.

Bei der Anwendung des Summenlinienverfahrens muss ein genaues Bedarfsprofil zugrundegelegt werden. Dieses läßt sich mit Hilfe von bekannten Tabellen über spezifische Bedarfswerte, von bekannten Spitzendurchflüssen, Gleichzeitigkeitsfaktoren und Tagesbedarfskurven sowie von Messungen, Analysen, Hochrechnungen und Gespräche mit den Anlagenbetreibern ziemlich genau erstellen.

Da die Summenlinie den Verlauf des mit der Warmwasserabnahme verbundenen Entzugs von Wärmekapazitäten abbildet, ist es möglich, die vom Speicher bevorrateten und vom Wärmeerzeuger zugeführten Wärmekapazitäten in gleicher Weise darzustellen. Damit wird die grafische Wiedergabe der Summenlinie zum Kapazitätenschaubild (KSB) ausgeweitet und das gesamte Systemverhalten sichtbar.

Schichtenspeicher
Schichtladespeicher verkürzen die Aufheizzeit des Warmwassers
 Schichtladespeicher verkürzen die Aufheizzeit des Warmwassers
Quelle: Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG
Die Ladung eines Warmwasserspeichers (Trinkwassererwärmung) kann herkömmlich über einen in dem Speicher eingebauten Wärmetauscher (Rohrbündel) oder durch einen externen Plattenwärmetauscher (PWT) erfolgen.

Ein Schichtenspeicher, der über einen externen Plattenwärmetauscher geladen wird , stellt schon nach kurzer Aufheizzeit eine Nutztemperatur zur Verfügung.

Bei diesem System entnimmt eine Umwälzpumpe das Wasser aus dem unteren, kälteren Speicherbereich und speist das über den PWT aufgeheizte Wasser oben in den Speicher (Obenladung) und schichtet entsprechend der Ladezeit das warme Wasser ein.

Dadurch steht schon nach kurzer Zeit warmes Wasser in brauchbarer Temperatur zur Entnahme zur Verfügung. Die Art der Ladung ist besonders bei kleineren Heizleistungen, so z. B. bei modellierende Brennwertthermen mit geringer Maximal-Leistung, Wärmepumpen oder thermischen Solaranlagen, von Vorteil.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass gegenüber der Rohrschlangenwärmeübertragung die Speichergröße kleiner gewählt werden kann. Dadurch werden auch die Bereitschaftsverluste und Legionellenproblematik reduziert.
Weitere Funktionen



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neubicolt schrieb: Puh, jetzt kommen wir in den Bereich wo ich an meine "fachlichen" Grenzen stoße. Die Leitung Therme > Pumpe würde ich...
lowenergy schrieb: Definitiv keine Heizkörper installieren! Das ist doch sicherlich ein Neubau ... die wasserführenden Wärmeaustauschflächen...
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