Frischwasserstation

Eine Frischwasserstation (FriWa/FWS, auch Frischwarmwasserstation) wird zur Erwärmung von Trinkwasser eingesetzt. Sie besteht aus einem Plattenwärmetauscher (oder Rohrwärmetauscher), einer Regelung und einer Entladepumpe. Neuerdings werden auch Pufferspeicher mit innenliegendem Rohrwärmetauscher (z.B. Wärmetauscher aus Kupferrippenrohr oder Edelstahlrohr) als Frischwasserstation bezeichnet. Diese werden häufig auch Hygienespeicher genannt, was den Begriff aber nicht exakt trifft. Die Frischwasserstration kann als Zentrale Trinkwassererwärmung oder Dezentrale Trinkwassererwärmung eingesetzt werden.

Diese Art der Trinkwassererwärmung soll ein längeres speichern von größeren Mengen erwärmten Wassers vermeiden. Hintergrund ist, dass frisches und hygienisch einwandfreies Warmwasser an den Zapfstellen ankommen soll. Letztendlich ist aber die Temperatur, die Güte der Trinkwasserinstallation und Wartung der Anlage ausschlagebend für dieses Ziel.

Die FriWa wird für eine zentrale oder dezentrale Trinkwassererwärmung eingesetzt, wenn ...

• ... kein Platz für einen Trinkwasserspeicher vorhanden ist (z. B. in einer Wohnung).
• ... eine Trinkwasserspeichertemperatur zu niedrig ist, z. B. bei dem Einsatz einer Wärmepumpe. In diesem Fall ist eine direkte Beheizung durch die WP zu empfehlen.
• ... eine bessere Effizienz bei einer Solaranlage erreicht werden soll, da niedrige Rücklauftemperaturen aus der FRIWA   den Puffer besser kühlen können und somit kühlere Rücklauftemperaturen im Solarkreis erzielt werden. Dies ist aber nur bei kleineren Anlagen und bei hohem Wasserverbrauch gegeben.
• ... die beste und höchste Nutzbarkeit beim Entladen eines Pufferspeichers, sowie der Erhalt der Schichtung erreicht werden soll. Dazu ist aber einer elektronsichen Regelung notwendig.

• ... erwärmtes Trinkwasser nicht gespeichert werden soll, z. B. wegen Kalkausfall und/oder Legionellengefahr (Kalkausfall wird bei FRIWA´s nur verhindert, wenn einer Vormischung des heißen Pufferwassers eingebaut ist; viele Stationen haben diese Einrichtung nicht.

Die Wärme kommt entweder aus einem Wärmeerzeuger (Platten-Wärmetauscher) oder einem Pufferspeicher mit innenliegendem Rohr-Wärmetauscher.

Die Systeme besitzen einen Plattenwärmetauscher aus Edelstahl mit dem Trinkwasser erwärmt wird. Heizwasser aus einem Wärmeerzeuger, so z. B. einem Pufferspeicher, wird dabei im Gegenstromprinzip zum Kaltwasser durch den Wärmetauscher mittels einer Ladepumpe gepumpt. Viele der gängigen Stationen sind in der Regel mit einem Strömungsschalter im Kaltwasserzulauf ausgestattet, der bei einem Zapfvorgang (Spülbecken,Dusche, Bad) das Signal für den Pumpenstart und den Pumpenstopp der Heizwasserpumpe gibt. Also wird nur Wasser erwärmt, wenn es gebraucht wird (Hygiene).

Die Regelung der FriWa arbeitet bedarfsabhängig. Nur wenn warmes Wasser gezapft wird, schaltet die Ladepumpe ein. Dabei wird die Temperatur über die Drehzahl der Ladepumpe geregelt. Dabei sitzt ein Temperatursensor am Warmwasseraustritt des PWT's. Wenn die FRIWA eine elektronsiche Regelung besitzt, generiert diese durch eine Drehzahlregelung (von 0 bis 100%) der Ladepumpe eine gleichbleibende Warmwassertemperatur, sodass nur soviel Energie aus dem Pufferspeicher geholt wird, wie im Moment gerade benötigt wird. Die Leistung des PWT muss fachgerecht ausgelegt werden. Die Warmwasserinstallation kann wie bei anderen Erwärmungsarten ausgeführt werden. Natürlich ist auch eine Zirkulation möglich.

Wenn ein Pufferspeicher eingebunden ist, dann muss bei der Entnahme der Wärme auf die Temperaturschichtung im Speicher geachtet werden. Dies kann i.d.R nur über eine elektronische Drehzahlregelung gewährleistet werden., da es sonst zu einer Durchmischung des Pufferspeichers und zu einer Zerstörung der Schichtung kommt. Es gibt auch Stationen, die dieses Problem mit einer hydraulischen Regelung lösen (z. B. Danfoss).

Das steckerfertig montierte Frischwassermodul kommt ohne Elektronik aus und besteht aus einem "Zweizug-Wärmetauscher", voreinstellbarer Vormischung (50 - 70 °C) durch ein Thermoventil, Umwälzpumpe und Strömungsschalter.

Eine Temperaturbegrenzung im Puffervorlauf beugt einer schnellen Verkalkung vor. Außerdem wird auch bei geringer Zapfmenge eine niedrige Pufferrücklauftemperatur erreicht, wodurch der Puffer optimal genutzt werden kann.

Leistungsdaten:
19 bis 28 Liter/min. bei +53 °C aus dem Puffer
32 bis 45 Liter/min. bei +70 °C aus dem Puffer

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Das Frischwassermodul HE erzeugt elektronisch geregelt von bis 41 Liter Warmwasser pro Minute bei 60 °C Heizwassertemperatur. Eine integrierte steckerfertige Steuerung zur Pufferrücklauftemperaturoptimierung nutzt auch niedrige Temperaturen. Aufgrund der großen Tauscherfläche ist die Station auch für den Wärmepumpenbetrieb geeignet.

Im reinen Zirkulationsbetrieb sind die Rücklauftemperaturen zum Puffer nicht tief. Wenn der Zirkulationsrücklauf mit 55 °C in die Frischwasserstation eintritt, um auf 60 °C nachgeheizt zu werden, muss der Rücklauf zum Puffer über 55 °C liegen. Diese Tatsache ist nicht gut, wenn die Zirkulation lange läuft und ein fein geschichteter Puffer gewünscht wird. Die Lösung ist eine automatische Umschaltung des Pufferrücklaufes mit der "OptiZirk-Einrichtung". Ein thermisches Umschaltventil im Pufferrücklauf. leitet alle Temperaturen unter 35 °C in den unteren Bereich des Puffers. Liegen die Rücklauftemperaturen über 35 °C, schließt das Ventil den "unteren" Abgang und lenkt so das Rücklaufwasser in den mittleren oder oberen Bereich des Puffers.

In der Kaltwasserzuleitung zur Frischwasserstation (FriWa) und zum Durchlaufwassererwärmer (DLE) ist gemäß DIN 4753 Teil 1 - Wassererwärmer und Wassererwärmungsanlagen für Trink- und Betriebswasser - der Einbau eines Sicherheitsventils erforderlich. Bis zu einer maximalen Heizleistung von 75 kW muss es DN 15 haben. Auf das Sicherheitsventil kann nur dann verzichtet werden, wenn ein bauteilgeprüfter Strömungswächter die Wassertemperatur auf 95 °C begrenzt. Das Ventil muss für einen Abblasedruck ausgelegt sein, der dem zulässigen Betriebsüberdruck entspricht. Bei 10 bar und höherem Wasserleitungsdruck hinter dem Wasserzähler ist ein Druckminderer einzubauen.

Wenn die Frischwasserstation ohne Wasserabnahme aufgeheizt wird, tropft, je nach vorhandenem Wasserdruck, Wasser aus dem Sicherheitsventil. Dieses Wasser muss über einen Siphontrichter auffangen und abgeleitet werden.  Zwischen Sicherheitsventil und Frischwasserstation darf keine Absperrung vorhanden sein. Das Sicherheitsventil ist gemäß DIN 4753 regelmäßig 1 - 2 mal im Monat durch Anlüften auf Funktion zu prüfen. Die Ausblasöffnung darf nie geschlossen oder eingeengt sein. In die Kaltwasserleitung ist nach dem Stand der Technik ein entsprechender Wasserfilter zu installieren und in Betrieb zu nehmen. Dieser kann zentral am Hauswasseranschluss oder vor dem Wärmetauscher eingebaut werden.

An den Kalt- und Warmwasseranschlüssen sollten Spülanschlüsse vorgesehen werden.

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Eine kompakte Übergabestation zur hydraulischen Entkoppelung der Nah- und Fernwärmeversorgung von Gebäuden hat den Vorteil, dass alle notwenigen Bauteile (Wärmetauscher, Armaturen, Wärmemengenzähler, Regelung) auf kleinstem Raum vorhanden sind und eine passende Dämmung (z. B. EPP-Dämmsystem [Expandiertes Polypropylen]) werkseitig vorhanden ist.

Die Komponenten (Sekundär-Heizkreis, Frischwasserstation, Regelung) sind in einer Sandwich-click-Konstruktion mit Stabilisatoren und einer aufgesetzten Wärmedämmhaube selbsttragend verbaut. Die Anschlüsse der Primär- und Sekundärmedien (Warmwasser, Heißwasser) sind sowohl oben als auch unten frei wählbar. Alle sicherheitstechnischen Bauteile, Entleerungen bzw. Spülanschlüsse, Entlüftung und Manometer können in die Fernwärmestation integriert werden.

Bei den in die Rohrstrecken integrierten, mit Feinsieben bestückten, Schmutzfängern sind sowohl primär als auch sekundär Spülanschlüsse nachrüstbar. Der Wärmemengenzähler ist von außen frei zugänglich und ablesbar. Der eingesetzte Wärmetauscher aus Edelstahl ist durch seine große thermische Länge in einem breiten Leistungsspektrum einsetzbar. Der Fühler für die Sekundär-Vorlauftemperatur ist entgegen der Strömungsrichtung direkt am Ausgang des Wärmetauschers platziert. Das sekundärseitig integrierte Sicherheitsventil dient zur hydraulischen Absicherung der Fernwärmestation. Thermometer für die Primär- und Sekundärseite sind in der Türblende des in Blech ausgeführten Schaltschrankes enthalten.

Bei der zunehmenden Nutzung von regenerativen Energiequellen zur Wärmeerzeugung z. B. durch Wärmepumpen sinken die Systemtemperaturen auf der Primärseite. Dabei wird aber ein unverändert hoher Anspruch an die Trinkwasserhygiene auf der Sekundärseite nicht nur Wert gegelegt, sondern auch gefordert. Die Frischwasserstation kann als Zentrale Trinkwassererwärmung oder Dezentrale Trinkwassererwärmung eingesetzt werden.

Die Frischwasserstation FRISTAR2-WP wurde speziell für den Einsatz in Niedertemperatursystemen, wie sie z. B. bei dem Betrieb mit Wärmepumpen vorhanden sind, entwickelt.

Wenn Wasser gezapft wird, fördert die Pumpe im Primärkreis das Wasser aus einem Pufferspeicher oder alternativ direkt von der Wärmepumpe durch den Plattenwärmetauscher. Auf der Sekundärseite des Wärmetauschers wird das durchströmende Trinkwasser auf die eingestellte Solltemperatur aufgeheizt. Das abgekühlte Primärwasser wird in den unteren Bereich des Pufferspeichers oder zur Wärmepumpe zurückgeführt.

Die Drehzahlregelung der Primärkreispumpe erfolgt im FRISTAR2-WP-Regler auf Grund der Messwerte des Volumenstromsensors in der Kaltwasserleitung (Volumenstrom V_KW und Temperatur T_KW) und der Temperatursensoren in der Warmwasserleitung (T_WW) und im Primärvorlauf (T_Pri). Die Pumpe wird durch PWM-Signale angesteuert. Die optimale Abstimmung des Regelverhaltens mit der Pumpe und dem Wärmetauscher garantiert perfekte Konstanthaltung der Auslauftemperatur. Der Regler hat einen Wärmemengenzähler integriert, wobei die Werte über die Datenleitung ausgelesen werden können.

Aufgrund des speziell entwickelten, äußerst flinken Warmwassersensors, der Volumenstrommessung und des besonderen Regelalgorithmus konnte die gewohnte Regelgeschwindigkeit, ohne Verzögerungen und Überschwingen, auch für die aktuellen Frischwasserstation-Modelle mit Hocheffizienzpumpen beibehalten werden. Der Volumenstromsensor im Kaltwasserzulauf hat einen Temperatursensor integriert, denn Kalt- und Warmwassertemperatur zusammen mit dem Volumenstrom bringen nicht nur regeltechnische Vorteile. Aus diesen drei Messwerten lassen sich auch einfach die Wasser- und Wärmemenge errechnen. Der Regler wurde daher mit einer DL-Bus-Schnittstelle ausgestattet, um diese Daten an einen Zentralregler der Technischen Alternative weitergeben zu können. Somit sind auch die Visualisierung der Daten und Datenlogging möglich. Über den DL-Bus kann zusätzlich noch die digitale Vorgabe der Solltemperatur vom Zentralregler "UVR16x2" oder "RSM610" geholt werden.

Wenn der Pufferspeicher mit einer Temperatur über 70 °C betrieben wird, muss im Primärkreis ein Vormischer verwendet werden, der die Temperatur auf unter 70°C begrenzt. Um Schäden durch Verkalkung zu verhindern darf bei einer Wasserhärte bis 10°dH die Vormischtemperatur maximal 70 °C, bis 15 °dH maximal 65 °C und über 15 °dH maximal 60 °C betragen.