Trinkwassererwärmung auf ein Maximum reduzieren

Optimierte Dimensionierung über Bedarfsprofile

Optimierte Dimensionierung über Bedarfsprofile

Timo Kirchhoff, Robin Diekmann
Es existieren unterschiedliche Möglichkeiten, die Versorgung mit warmem Trinkwasser in Gebäuden sicherzustellen. Die Bereitstellung kann dezentral oder zentral erfolgen. Des Weiteren kann es sich um Speicher- oder Durchflusssysteme handeln. Je nach Art des Erwärmungssystems sind verschiedene Risikofaktoren für die Trinkwasserhygiene zu beachten. In Speicher- Trinkwassererwärmern kann es zu sehr langen Verweilzeiten des Trinkwassers bis zur Entnahme kommen. Speicher werden so ausgelegt, dass der mögliche Spitzenbedarf an erwärmtem Trinkwasser vorgehalten wird. Hierdurch ergeben sich in mittelgroßen und großen Objekten lange Aufenthaltszeiten von bis zu mehreren Tagen.

Um Stagnation und die daraus resultierende Hygienerisiken zu vermeiden, sind jedoch aus hygienischer Sicht geringere Aufenthaltszeiten des Trinkwassers im Gebäude anzustreben. Die DIN 1988-200:2012-05 empfiehlt deshalb, dass die zur Erwärmung notwendige Energiespeicherung nicht im Trinkwasser, sondern auf der Heizungsseite (Pufferspeicher, Latentwärmespeicher) erfolgen sollte. Durchfluss-Systeme folgen dieser Empfehlung. Sie haben den großen Vorteil, dass das Wasser bedarfsgerecht “auf Abruf” in der benötigten Menge erwärmt und zur Verfügung gestellt wird. Die benötigte Energie wird nicht mehr im Trinkwasser sondern auf der Heizungsseite in Pufferspeichern bevorratet. Somit wird der hygienische Risikobereich des Speicher-Trinkwassererwärmers eliminiert.

Grundlagen
Ein Aspekt, der für Fachplaner häufig eine Herausforderung darstellt, ist die Auslegung des Erwärmungssystems. Unabhängig davon, ob es sich dabei um einen Speicher- oder Durchfluss- Trinkwassererwärmer handelt. Die Sorge der Fachplaner, die Trinkwassererwärmung zu klein auszulegen führt häufig zu einer Überdimensionierung der Anlage. Ursache dafür ist u.a., dass derzeit normativ nur ein Auslegungsverfahren für Wohngebäude durch die DIN 4708-2:1994-04 geregelt ist. Im Zuge der Umsetzung der Europäischen Gebäuderichtlinie und als Ersatz für die EN 15316-3-1:2007 wurde die DIN EN 12831-3 erarbeitet und liegt derzeit als Entwurf vor. Das dort beschriebene Auslegungsverfahren ist neben Wohngebäuden auch für weitere Gebäudearten gültig. Die Basis jeder Auslegung stellt die Bedarfsermittlung dar. Der Bedarf ist von der Nutzungsart des Gebäudes abhängig. Wohngebäude unterliegen z.B. einer anderen Nutzung als eine Schule oder ein Krankenhaus. Aus dem Bedarf ergibt sich die benötigte Wärmemenge, welche in entsprechenden Zeiträumen für die Trinkwassererwärmung benötigt wird.

Bedarfsermittlung über Bedarfsprofile
Die grafische Darstellung des Nutzerverhaltens erfolgt in sog. Bedarfsprofilen ( unteres Diagramm in Abb. 3 ). Hierbei werden die Wärmeleistung für die Trinkwassererwärmung oder der Warmwasser- Volumenstrom in Abhängigkeit der Zeit in einem Diagramm dargestellt. Als Zeitspanne werden i.d.R. für die Darstellung 24 Stunden gewählt. Die Höhe der Bedarfsspitzen als auch die Summe der Wärmemengen über einen Tag verteilt, ähneln sich in Objekten gleicher Nutzungsart. Aus diesem Grund sind Bedarfsprofile einer bestimmten Nutzungsart auf andere Objekte mit derselben Nutzungsart übertragbar. Dies wird beispielhaft an Abb.1 verdeutlicht. Sie zeigt die Bandbreite des stündlichen Tageswärmebedarfs von vier Altenheimen. Es ist zu erkennen, dass die Abweichung der stündlichen Anteile des Tageswärmebedarfs maximal 15 % beträgt. Ist also der Tageswärmebedarf eines weiteren Objektes bekannt, kann über die prozentuale Verteilung des Bedarfsprofils der Bedarf für dieses Objekt ermittelt werden. Häufig ist jedoch auch der Tageswärmebedarf eines Gebäudes nicht bekannt. Dieser kann durch sog. Bezugsgrößen ermittelt werden, welche aus messtechnischen Untersuchungen oder Statistiken hervorgehen und in verschiedener Literatur zu finden sind. Bezugsgrößen geben den Warmwasser- Tagesverbrauch, bezogen auf eine definierte Größe an. Sie werden in personen- und sachbezogene Bezugsgrößen unterschieden. Als personenbezogene Bezugsgrößen können z.B. der Warmwasserverbrauch pro Bett in einem Krankenhaus oder Altenheim als auch der Warmwasserverbrauch pro Person in einer Wohnung genannt werden. Ein Beispiel für eine sachbezogene Bezugsgröße ist der Warmwasserverbrauch für eine Mahlzeit in einer Kantine oder einem Restaurant. Durch die Multiplikation einer Bezugsgröße mit der Anzahl der vorhandenen Bezugsgrößen wird der Tageswärmebedarf ermittelt. Wenn dieser Wert mit den stündlichen Anteilen des Tageswärmebedarfs eines Bedarfsprofils auf einen Tag verteilt wird, entsteht ein Bedarfsprofil für ein neues Objekt. Um sowohl die statistische Sicherheit der Berechnung als auch die Qualität der Berechnungsergebnisse zu verbessern, müssen möglichst viele Bedarfsprofile für eine Nutzungsart vorhanden sein.

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