Für die zentrale Trinkwasserversorgung gibt es in Deutschland eine Reihe neuer Vorschriften. Besonders betroffen sind alle Großanlagen, die nach der Trinkwasserverordnung mit Trinkwasserspeichern über 400 Litern und ab einem Rohrleitungsinhalt von 3 Litern bei 60 °C betrieben werden müssen. In der Bundesrepublik haben zurzeit 80 Prozent aller Mehrfamilienhäuser weniger als 12 Wohnungen. Diese wurden als Folge der neuen Trinkwasserverordnung zu „Großanlagen“.
Ein großer Teil der Mehrfamilienhäuser, Hotels und Seniorenheime ist von den Anforderungen zusätzlich betroffen, weil die geforderten hohen Temperaturen für Wärmepumpen, Brennwertkessel, Solarenergie und die Fernheizung mit niedrigem Wirkungsgrad und hohen Kosten verbunden sind. Ringleitungen und Maschen gehören zum allgemein anerkannten Stand der Technik. Zur Erfüllung der hygienischen und aller anderen Anforderungen in der Trinkwasser-Installation von Mehrfamilienhäusern sind sie eine verblüffend einfache Lösung für ein scheinbar unlösbares Problem.
Als „Ei des Kolumbus“ könnte sich für die Trinkwasser-Installation auch ein neues Wärmepumpensystem herausstellen, bei dem die aus hygienischen Gründen erforderliche Mindesttemperatur für Warmwasser und die maximal zulässige Temperatur für Kaltwasser durch eine Wärmepumpe erreicht werden, deren Verdampfer im Kaltwassersystem und deren Kondensator im Warmwassersystem angeordnet sind.
Ringleitung, Maschen oder Baumstruktur
Wer die Eigenschaften von Ringleitungen und Maschen für die Trinkwasserhygiene beurteilen möchte, dem ist die Veröffentlichung im SanitärJournal 2/2012, Teil 2 (2), Seite 30 bis 35, und der Vortrag „Vermaschte Netze in der Trinkwasserhausinstallation“ von Prof. Dr. Detlef Orth im VDI-Bericht 2043(4) zu empfehlen. Am Beispiel von zehn Wohnungen werden hier die Vorteile einer Trinkwasserverteilung mit Ringleitung und Maschen gegenüber der Baumstruktur detailliert erläutert. In der alten DIN 1988, Teil 3, gab es 2009 noch keine Berechnungsmethode zur Ringleitung, wie die neuerdings beschriebene Stockwerksleitung im Teil 300 der neuen Norm, mit der Empfehlung zu überall gleichen Rohrdurchmessern, wie im Bild 1 und 2 für die Ringleitung und Maschen dargestellt. Darum wurde jetzt die Berechnungsmethode für Ringe und Maschen nach der neuen DIN 1988, Teil 300 (11), entwickelt und wird nachfolgend erläutert.
Der größte Vorteil der Ringleitung gegenüber dem klassischen System der Baumstruktur ist, dass sie das Ziel der Auslegung nach DIN 1988, Teil 300, „für die Kalt- und Warmwasserleitung bei Spitzenbelastung des Systems bei den kleinstmöglichen Innendurchmessern den Mindestdurchfluss an allen Entnahmestellen sicherzustellen“, wirklich erreicht. Wendet man die für die Baumstruktur vorgesehenen Formeln folgerichtig auf die Ringleitungen und Maschen an und führt alle Teilstrecken wie im Bild 1 und 2 dargestellt mit dem gleichen Rohrdurchmesser aus, dann wird die Rohrdimension der Baumstruktur weit unterschritten.
Die Rohrdurchmesser der Ringleitung sind geringer als jene der üblichen Baumstruktur
Der Summendurchfluss SD einer Trinkwasser-Installation für 20 Wohnungen nach Bild 1 ist zum Beispiel bei Kaltwasser 20 x 0,64 = 12,8 l/s. Der Spitzendurchfluss ist für Wohnungen und Seniorenheime berechnet und liegt bei Vs = 1,48 x 12,8 ^ 0,19 - 0,94 = 1,462 l/s. Er tritt in der Kaltwasserzuleitung auf und verteilt sich bei symmetrischer Anordnung auf die vier Steigestränge des Rohrsystems (je 0,3655 l/s). Der zur Berechnung eines symmetrischen Maschen-Systems erforderliche Summendurchfluss SD’ der beiden Seiten (nach Formel 9 der Norm zurückberechnet) ist nicht 3,2 l/s wie bei der Baumstruktur, sondern für beide Seiten SD’ = 2,068 l/s und wird für die Berechnung von Druckverlust und Durchflussmengen in allen Teilen der Ringleitung zu Grunde gelegt.
Die nach VDI-Richtlinie 6023 geforderte Austauschquote, innerhalb von 72 Stunden, maximal einer Woche, ist bei Ringleitungen und Maschen gesichert
Die Austauschquote zur Vermeidung von Stagnation in selten genutzten Entnahmestellen ist bei den üblichen Trinkwasser-Installationen mit Baumstruktur nicht immer gewährleistet, darum werden für die üblichen Baumstrukturen zur Vermeidung der Stagnation zunehmend „Zwangsspülsysteme“ zur automatischen Entleerung der Rohrleitungen empfohlen und auch eingebaut. Ringleitungen und Maschen gehören im Bereich der kommunalen Trinkwasserversorgung, der hygienischen Vorteile wegen, zum allgemein anerkannten Stand der Technik.
Zur Erfüllung der hygienischen und aller anderen Anforderungen in der Trinkwasser-Installation von Gebäuden sind Ringleitungen und Maschen zur Einhaltung der in der VDI-Richtlinie 6023 (8) geforderten Austauschquote das „Ei des Kolumbus“, weil der Trinkwasseraustausch innerhalb von 72 Stunden, maximal einer Woche, ohne weitere Maßnahmen praktisch immer gesichert ist. Um alle Vorteile des Systems „Zeeh“ zu nutzen und den Trend zur dezentralen Trinkwassererwärmung zu stoppen, wurde jetzt ein Excel-Auslegeprogramm zur Bestimmung der kleinstmöglichen Innendurchmesser für Ringleitungen und Maschen nach DIN 1988, Teil 300, erstellt und von der Firma Zeeh für Projekte genutzt.
Geht man von gleichen Rohrdurchmessern aus, ergibt sich eine relativ einfache Berechnungsmethode
Die Umstellung der Formel Nr. 9 der Norm ist nach Auskunft von Volker Merdian* in Karlsruhe eine lösbare Aufgabe für Sanitärtechniker und ein nachvollziehbarer Aufwand für die Berechnung von Maschen und Ringleitungen nach DIN 1988, Teil 300.
Der Weg, um von einem bekannten Spitzendurchfluss Vs = 1,48 x (SD) ^ 0,19 - 0,94 (l/s) auf den, zum Beispiel im Wohnungsbau, „zurückgerechneten Summen-Durchfluss“ für eine Ringleitung zu einem Summendurchfluss im Sinne der Formel (9) in der DIN 1988, Teil 300, zu kommen, führt über die Umstellung der Formel von Spitzendurchfluss VS auf den Summendurchfluss SD’. Die umgestellte Formel heißt dann SD‘ = ((Vs + 0,94)/1,48)) ^ 5,263, wobei dieser Summendurchfluss für jede Seite der Trinkwassermasche oder Ringleitung ansteht. Er wird als Basis für jede Seite einer symmetrischen Anlage bei der Berechnung angenommen.
Dann werden alle Teilstrecken der Ringleitung durch Gleichsetzung der Druckverluste in der linken und rechten Seite zur Berechnung der Druckverluste im System durch Iteration ausgelegt. Geht man dabei von gleichen Rohrdurchmessern innerhalb der Ringleitung oder den Maschen aus, ergibt sich eine relativ einfache Berechnungsmethode.
Die Berechnung der Masche nach DIN 1988, Teil 300, führt zu den kleinstmöglichen Rohrdurchmessern
Im Gegensatz zur Baumstruktur, wo die Auslegung für vier mal fünf Wohnungen erfolgt und sich hieraus je Steigestrang ein Summendurchfluss von 3,20 l/s ergibt, wird bei Ringleitungen und Maschen nach Bild 1 jede Wohnung mit dem halben Zustrom von oben und dem halben Zustrom von unten mit 0,64/2 = 0,32 l/s berücksichtigt. Zum Beispiel werden für zwanzig Wohnungen an einer gemeinsamen Maschenleitung für jede Hälfte des Rohrnetzes ein Summendurchfluss SD’ = 1,034 l/s berechnet. Beginnend mit den weitest gelegenen Zapfstellen werden alle Teilstrecken der Ringleitung durch Gleichsetzung der Druckverluste in der linken und rechten Seite der vier Steigestränge durch Iteration ausgelegt.
Die Berechnung führt zu kleinstmöglichen Rohrdurchmessern des Kaltwassersystems, zum Beispiel bei zwanzig Wohnungen nach Bild 1 zur Nennweite 15 für alle Rohrleitungen bei einem Druckverlust des Rohrsystems von weniger als 1 bar.
Zur Vereinfachung sowohl der Berechnung als auch der Anlage werden, wie bei den neuen Stockwerksleitungen, alle Rohre des Rohrsystems mit dem gleichen Durchmesser ausgeführt.
Als Basis des neuen Auslegeprogramms dient die Umkehrformel zur Formel 9 der DIN 1988, Teil 300
In Bild 1 sind die Berechnungsergebnisse für das Kaltwassersystem eines Mehrfamilienhauses mit vier Steigesträngen für 20 Wohnungen dargestellt. Die Zahlenangaben in den grauen Feldern sind wie üblich so, dass über dem Bruchstrich die Teilstrecken-Nummer und der Summendurchfluss in l/s und unter dem Bruchstrich die Rohrlängen in m und die Nennweiten in mm stehen. Der zurückberechnete Summendurchfluss in den beiden Teilstrecken 1 ist zum Beispiel 0,503 l/s und die Rohrlänge 10 m, Nennweite 15 mm. Der zurückberechnete Summendurchfluss in den beiden Teilstrecken 8 ist im Beispiel 0,531 l/s und die Rohrlänge 8 m, Nennweite 15 mm. Der Summendurchfluss SD’ für alle vier Steigesträngen ist also 2,068 l/s oder für jede Seite nur 1,034 l/s.
Problemlos erweiterbar, weil der Druckverlust degressiv ansteigt
Ringleitungen und Maschen gehören zum Stand der Technik. Zur Erfüllung der hygienischen Anforderungen in der Trinkwasser-Installation von Mehrfamilienhäusern sind sie in Verbindung mit der Formel 9 der neuen Norm die ideale Lösung für bisher scheinbar unlösbare Probleme.
So war zum Beispiel die vorsorgliche Überdimensionierung eines Rohrsystems mit Baumstruktur für den späteren Dachgeschossausbau aus hygienischen Gründen nicht gewünscht und erlaubt. Für die Installationssysteme nach Bild 1 und Bild 2 mit den überall gleichen Rohrquerschnitten ist der spätere Anschluss der vier Dachgeschosswohnungen TS 6 und TS 13 aber kein Problem, weil er ohne Einfluss auf die Rohrdimension bleibt.
Der Einfluss auf den Verteilungs-Druckverlust im Kaltwassersystem nach Bild 1 führt zum Beispiel zu einem Anstieg von 808 mbar für 16 Wohnungen auf 978 mbar für 20 Wohnungen und nur 1.085 mbar für 24 Wohnungen. „Vermaschte“ Systeme können deshalb problemlos erweitert werden, weil der Druckverlust des Systems mit zunehmender Anzahl von Wohnungen beziehungsweise zunehmendem Summendurchfluss nicht progressiv wie bei der Baumstruktur, sondern degressiv ansteigt.
Für Mehrfamilienhäuser ist das „Zeeh“-System die beste Lösung
Das System „Zeeh“ ist für den Sonderfall der zentralen Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhäusern mit den dort vorgeschriebenen Wasserzählern für Kalt- und Warmwasser gegenüber der Baumstruktur die wesentlich bessere Lösung, weil damit alle mit den zusätzlichen Zirkulationssystemen und mehreren astförmigen Rohrleitungen auftretenden Probleme gelöst werden können.
Während die übliche zusätzliche Zirkulation in Baumstrukturen bei jeder Zapfung zum Erliegen kommt, wird beim System „Zeeh“ die Temperaturpräsenz mit Hilfe von zwei Zirkulationspumpen erreicht
So wird zum Beispiel die aus hygienischen und Komfortgründen erforderliche Temperaturpräsenz nach VDI 6002 (3) an jeder Stelle im Trinkwarmwassersystem ohne Stagnation mit der Hilfe von zwei Zirkulationspumpen im Warmwasserverteilnetz nach Bild 2 erreicht. Während die übliche zusätzliche Zirkulationsleitung in Baumstrukturen praktisch bei jeder Zapfung zum Erliegen kommt und für die Zeit der Zapfung stagniert, ist das System „Zeeh“ im Vergleich hierzu nicht nur die bessere, sondern beste Lösung, weil nachhaltig und energieeffizient!
60 statt 50 °C: Der zusätzliche Energiebedarf liegt zwischen 27 und 33 Prozent
Die Auslegung des Zirkulationssystems erfolgt in Deutschland nach der DIN 1988, Teil 300 – sodass für mindestens 16 Stunden am Tag eine Temperatur von 60 °C in der Warmwasserleitung im Prinzip nicht unterschritten wird.
Für das Mehrfamilienhaus mit vier Steigesträngen und 20 Wohnungen nach Bild 2 ergibt sich zwischen Geysir und der letzten Zapfstelle ein Rohrleitungsinhalt für Kupferrohr DN 12 von 3,58 Liter. Damit ist die 3-Liter-Grenze leider überschritten und es handelt es sich nach der Trinkwasserverordnung um eine „Großanlage“, die mindestens für 16 Stunden am Tag bei 60 °C Warmwassertemperatur zu betreiben ist.
Der Bereitschaftswärmebedarf für das System „Zeeh“ liegt für 50 °C Warmwassertemperatur bei berechneten 25,6 kWh/d. Der Bereitschaftswärmebedarf für 60 °C Warmwasser liegt aber bei 32,6 kWh/d und damit um 27 Prozent höher. Es lohnt sich also, darüber nachzudenken, ob die Anlage nach Bild 2 der nachhaltigen Energieeffizienz wegen nicht auf weniger als 3 Liter Rohrleitungsinhalt begrenzt werden kann.
Bei einem Trinkwasserdruck am Hausanschluss von 5 bar könnte man die 3-Liter-Grenze zum Beispiel durch Verwendung von Verbundrohr DN 12 (maximale Länge 29 m) an Stelle des gewählten Kupferrohres (maximale Länge 22 m) unterschreiten. Das kritische Rohrvolumen wäre dann nur 2,85 Liter bis zur letzten Zapfstelle, allerdings bei einem höheren Druckverlust im Verteilsystem von 2 bar.
Vergleicht man aber die Nachhaltigkeit und Energieeffizienz mit der „üblichen“ Baumstruktur mit einem berechneten Bereitschaftswärmebedarf von 43,4 kWh/d, so hat das „normale“ System bei 60 °C Warmwassertemperatur sogar einen 33 Prozent höheren Energiebedarf!
Es geht aber nicht nur um die Energieeffizienz, es geht auch um die Kosten der zentralen Trinkwassererwärmung in Verbindung mit modernen Energieumwandlungssystemen und regenerativer Energieerzeugung wie der Wärmepumpe und Solarenergie.
Die Mehrkosten für den zusätzlichen Energiebedarf bei 60 °C Zirkulationstemperatur liegen für Wärmepumpensysteme zwischen 100 und 300 Prozent
Ein großer Teil der Mehrfamilienhäuser, Hotels und Seniorenheime ist von den Anforderungen der Trinkwasserverordnung besonders betroffen, weil die erforderlichen hohen Vorlauftemperaturen für Wärmepumpen mit sehr hohen Stromkosten verbunden sind. Durch die Baumstruktur und das zusätzliche Zirkulationssystem kommt es – wie schon beschrieben – bei 60 °C zur Erhöhung des Bereitschaftswärmebedarfs. Das ist allerdings bei Anlagen mit Wärmepumpen und E-Patronen mit enormen Kosten verbunden.
Dem Autor liegen Gutachten und Messwerte aus Anlagen vor, wonach zum Beispiel Trinkwasserwärmepumpen in Großanlagen bei 60 °C betrieben wurden, an Stelle der erwarteten Jahresarbeitszahl von über 3 nur mit knapp über 1, wodurch die Kosten durch den Direktstromanteil das Dreifache des Normalen betrugen und damit zum so genannten „Zirkulationskostenhammer“ wurden.
Bei 50 °C verringern sich die Nutzungsverluste in der Rohrleitung um 25 Prozent
Für das Warmwassersystem mit der Zirkulationspumpe im System gilt die 3-Liter-Regel der Trinkwasserverordnung, wonach Anlagen mit weniger als 3 Liter Rohrinhalt zwischen zentralem Warmwasserbereiter und der letzten Zapfstelle Kleinanlagen sind (grüne Linie im Bild 3) und nach DIN 1988, Teil 200, ausnahmsweise bei 50 °C betrieben werden können – vorausgesetzt die Vermieter und Mieter sind informiert.
Als neue Problemlösung für die Anforderungen nach Legionellensicherheit und zur Stagnationsvermeidung in der Trinkwasser-Installation wurde im SanitärJournal 2/2012, Zentrale Trinkwarmwasserbereitung – preiswert und ohne Hygienerisiko, Teil 1 (1), Seite 50 bis 55, das System „Zeeh“ vorgestellt.
Zu den dort geschilderten Vorteilen ist aus heutiger Sicht zusätzlich die Wasser- und Energieeinsparung zu nennen, denn wenn es gelingt, an Stelle einer Großanlage für 60 °C eine Kleinanlage für 50 °C zu planen, verringern sich die Nutzer-bezogenen Verluste nach VDI 2067, Blatt 22, die nach jeder Zapfung durch das in der Rohrleitung abkühlende Warmwasser auftreten, um 25 Prozent!
Das Trinkwasser-Installations-System „Zeeh“ für acht Wohnungen
Um den Trend zur dezentralen Trinkwassererwärmung zu stoppen, wurde das System „Zeeh“ entwickelt, zu dem ein Excel-Programm zur Bestimmung der kleinstmöglichen Innendurchmesser für Ringleitungen und Maschen nach DIN 1988, Teil 300, gehört. Die in Bild 3 dargestellte Anlage ist mit Hilfe dieses Programms nach DIN 1988, Teil 300, ausgelegt und hat gegenüber der Baumstruktur den Vorteil, dass die Austauschquote nach VDI-Richtlinie 6023 (8) innerhalb von 72 Stunden, maximal einer Woche, ohne Zwangsspülung gesichert ist, weil allein die Anwesenheit eines Mieters ausreicht, um das gesamte Verteilsystem innerhalb von drei Tagen auszutauschen.
Die Vorteile:
• Bei jeder einzelnen Kaltwasserzapfung fließt frisches Wasser in und durch die Ringleitung.
• Die Stagnation des Trinkwassers und Kaltwassertemperaturen über 25 °C werden ohne weitere Zwangsspülsysteme verhindert.
• Kleinstmögliche Rohrdurchmesser, hier DN 15 für Kaltwasser und DN 12 für Warmwasser, kommen im gesamten System zum Einsatz.
• Die komplette Kaltwasser-Ringleitung hat bis zu den Wohnungszählern ein Volumen von nur 11 Litern, das bei jeder größeren Zapfung ausgetauscht wird.
• Zur Urlaubszeit ist die Benutzung einer der acht Wohnungen schon ausreichend, um Stagnation in der Kaltwasser-Ringleitung zu verhindern.
Der Geysir mit grüner Ladepumpe
Der Typenzusatz PV für Photovoltaik beschreibt im Bild 3 die Neuheit, dass zur geschichteten Aufheizung des Heizwasserspeichers mit Wärme von einer hier nicht dargestellten elektrischen Heizpatrone eine grüne, drehzahlgeregelte Ladepumpe in der gleichen Rohrleitung angeordnet ist, die über die vorhandene Heizwasserführung entgegen der Förderrichtung der Ladepumpe fördert. Die Steuerung erfolgt durch einen Fühler im Heizwasserspeicher, bis die notwendigen Temperaturen und die geschichtete Aufheizung des Speichers bis zum gewünschten Aufheizvolumen erreicht worden sind.
Die Regelung der grünen Pumpe erfolgt dabei in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden PV-Energie, bei Deckung der Zirkulationswärmeverluste bis zur Erhöhung des Eigenstromanteiles der PV-Anlage auf 100 Prozent.
Wirtschaftliche Warmwasserbereitung
Zur Nutzung von Solarenergie kann man natürlich auch den Strom von PV-Kollektoren als Antrieb für Wärmepumpen verwenden. So ist es möglich, im Sommer und im Winter die gesamte Energieerzeugung für die Warmwasserbereitung zum Heizen und Kühlen des Gebäudes mit zwei Wärmepumpen nach Bild 4 bereitzustellen.
Die Trinkwassererwärmung in Großanlagen ist mit einer neu entwickelten Wärmepumpe besonders dann wirtschaftlich und energieeffizient, wenn die Wärmerückgewinnung aus Abwasser, Kaltwasser und aus Abluft mit Kondensation von Kellerfeuchte am Verdampfer auch zur Wäschetrocknung erfolgen kann.
Alles fließt, Kaltwasser bleibt kalt, Warmwasser bleibt warm
Als verblüffende Lösung für ein scheinbar unlösbares Problem wird für die Trinkwasser-Installation von zwanzig Wohnungen nach Bild 4 für die Kalt- und Warmwasserverteilung nach System „Zeeh“ die Entwicklung einer neuen Wärmepumpe vorgeschlagen, die nach folgendem Prinzip funktioniert:
Die aus hygienischen Gründen erforderliche Mindesttemperatur für Warmwasser von > 60 °C und die maximal zulässige Temperatur für Kaltwasser von < 25 °C wird durch Wärmepumpen erreicht, deren Verdampfer im Kaltwassersystem und deren Kondensator im Warmwassersystem angeordnet sind, wobei zur Stagnationsvermeidung in beiden Systemen Zirkulationspumpen vorgesehen sind. In der Wärmepumpe wird Trinkwasser im Gegenstrom zum Kältemittelkreis auf zwei getrennten Wegen geführt, wobei der Verdampfer auch mit Luft beaufschlagt wird.
Problemlöser für Mehrfamilienhäuser
Die neue Wärmepumpe zur Trinkwasserversorgung wird in der Trinkwasser-Installation nach Bild 4 für Warm- und Kaltwasser mit Zirkulationspumpen und zusammen mit einem Paraffin-Speicher angeordnet. Die Komponenten der neuen Wärmepumpe mit dem Kondensator im Warmwasser und dem Verdampfer im Kaltwassersystem sind so angeordnet, dass sich eine sehr kompakte Bauweise von Wärmepumpe und Speicher ergibt. Dabei verläuft der Kältemittelkreislauf der neuen Wärmepumpe getrennt und im Gegenstrom zu den beiden Trinkwasserkreisläufen.
Als Wärmequellen am Verdampfer der neuen Wärmepumpe dient Abluft mit Trocknung, Kaltwasser und im Sommer der Heizungsrücklauf zur Kühlung bei ca. 15 °C. Der Verdampfer ist ein Mehrwegewärmeaustauscher, dessen Wege nach Bedarf verschieden beaufschlagt werden können, wobei das Kältemittel, das Kaltwassersystem und ein drittes Medium mit gemeinsamen wärmeleitenden Rippen verbunden sind. Diese Rippen werden nach Bedarf zusätzlich mit Luft oder Abluft beaufschlagt. Der Kondensator ist ebenfalls ein Mehrwege-Wärmeaustauscher, der mit Wasser aus dem Trinkwassersystem, mit dem Kältemittel der Wärmepumpe und dem Speichermedium beaufschlagt wird und über Rippen verbunden ist.
Die neue Wärmepumpe im Dachgeschoss
Für ein Installationssystem nach Bild 4 mit überall gleichen Rohrquerschnitten ist der zusätzliche Anschluss der zweiten Wärmepumpe im Dachgeschoss fast problemlos möglich. Die Verteilung nach Bild 4 hat einschließlich des Summendurchflusses für die Warmwasserverteilung von 18,6 l/s Summendurchfluss nur einen Druckverlust von 1.303 mb, so dass der Anschluss der Wärmepumpe im Dachgeschoss problemlos möglich ist und bei gleicher Rohrdimension nur zu einem Anstieg von 978 mb nach Bild 1 auf 1.302 mb für Bild 4 führt.
Weil das Aufkeimen von Legionellen im Kaltwasser unter 15 °C nicht zu befürchten ist, kann die Trinkwasservorwärmung mit Hilfe der neuen Wärmepumpe erfolgen. Die theoretisch mögliche Energieeinsparung durch Abwasserwärmenutzung wird bei der Trinkwassererwärmung in Deutschland nur selten in Form der im Ausland üblichen Kaltwasservorwärmung vorgenommen, weil man das Aufkeimen von Legionellen im vorgewärmten Kaltwasser befürchten muss und verhindern will.
Die Energieeinsparung durch Abwasserwärmenutzung zur Trinkwassererwärmung kann bei zirkulierendem Kaltwassersystem und der neuen Wärmepumpe mit Kaltwasserkühlung zur Trinkwassererwärmung sehr wohl durchgeführt werden, weil das Aufkeimen von Legionellen im gekühlten Kaltwasser unter 15 °C sicher ausgeschlossen ist.
Wirtschaftlich mit PV-Kollektoren
Die Nutzung von Solarenergie ist durch den Strom von PV-Kollektoren zum Antrieb der neuen Wärmepumpe vorgesehen. Es ist so möglich, im Sommer und im Winter die gesamte Energieerzeugung mit einem kleinen Heizwasserspeicher und mit Paraffin im Kondensator für die Warmwasserbereitung, zum Heizen und Kühlen des Gebäudes mit der neuen Wärmepumpe bereitzustellen.
Die Vorteile der neu entwickelten Wärmepumpen
• Das Aufkeimen von Legionellen wird sowohl für das Warmwassersystem als auch für das Kaltwassersystem verhindert.
• Maximale Austauschquote in der Trinkwasser-Installation, keine Stagnation nach Definition der VDI 6023.
• Gesteuerte Kühlung des Kaltwassersystems unter 20 °C und Erwärmung von Warmwasser sowie Zirkulation auf 60 °C.
• Wärmerückgewinnung aus Abwasser, aus Abluft, aus Heizwasser. Durch Abluftkühlung Kondensation von Kellerfeuchte am Verdampfer, Wäschetrocknung und Schimmelvermeidung inklusive.
• Heizkreiskühlung im Sommer; die Absenkung der Trinkwassertemperatur von 60 auf 50 °C in Kleinanlagen verringert die Wärmelast im Sommer und die Kaltwasserkühlung zur Trinkwassererwärmung führt im Sommer zur Abkühlung der Wände und Räume.
• Die Abwasserwärmenutzung erfolgt durch Kaltwasservorwärmung von 10 auf 15 °C am Abwassersammler, wobei das erwärmte Kaltwasser über den Verdampfer anschließend gekühlt wird und weit unter der problematischen Temperatur von 25 °C bleibt.
• Die Einbindung eines Solarkollektorkreislaufs in das Verdampfer-System ermöglicht die Nutzung thermischer Solarkollektoren auch in der Übergangszeit und im Winter.
• Geringster Platzbedarf durch Paraffinspeicher im Heizwasserspeicher entsprechend einem Wasserwert von 1.400 Litern.
• Kosten- und Energieeinsparung durch kleinste Rohrdurchmesser, keine zusätzlichen Zirkulationsleitungen, Betriebstemperatur 50 °C, Jahresarbeitszahl über COP 3, im Sommer um COP 4.
• Unbegrenzter Komfort und zukunftssichere Trinkwasserversorgung, auch bei Dachgeschossausbau möglich.
Fazit:
Die nach VDI-Richtlinie 6023 geforderte Austauschquote ist bei Ringleitungen und Maschen gesichert. Während die übliche zusätzliche Zirkulation in Baumstrukturen bei jeder Zapfung zum Erliegen kommt, wird beim System „Zeeh“ die Temperaturpräsenz immer erreicht. Als Lösung für ein bisher unlösbares Problem wird für die Kalt- und Warmwasserverteilung nach dem System „Zeeh“ die Entwicklung einer neuen Wärmepumpe vorgeschlagen.
Quellenangaben: [1] Dipl.-Ing. Robert Kremer SanitärJournal 2/2012, Zentrale Trinkwarmwasserbereitung – preiswert und ohne Hygienerisiko, Teil 1, Seite 50 bis 55.
[2] Dipl.-Ing. Robert Kremer SanitärJournal 3/2012, Zentrale Trinkwarmwasserbereitung – preiswert und ohne Hygienerisiko, Teil 2, Seite 30 bis 35.
[3] Dipl.-Ing. Robert Kremer HeizungsJournal 1-2/2005, Die neue VDI-Richtlinie 6003, Planung, Bewertung und Einsatz von Trinkwassererwärmungsanlagen.
[4] VDI-Bericht Nr. 2043 zum Vortrag „Vermaschte Netze in der Trinkwasserhausinstallation“ – Prof. Dr. Detlef Orth, Institut für technische Gebäudeausrüstung, Fachhochschule Köln, Co-Autor: Robert Kremer, Tage der Gebäude-Technik, 28. und 29. Mai 2008 in Dortmund.
[5] Dipl.-Ing. Robert Kremer und Dipl.-Ing. Dieter Waider, Heizungs-Journal, Teil 1, März 2003; Teil 2, Mai 2003: Zentral, hygienisch, wirtschaftlich – Heizung und Trinkwassererwärmung gehören zusammen.
[6] Firma Joachim ZEEH, Heiztechnik und Behälterbau, Dorfbachweg 12, D-08324 Bockau, www.zeeh-speicher.de
[7] Dipl.-Ing. Robert Kremer HeizungsJournal: Sind Trinkwassererwärmer und Rohrleitungen für Wohnungen, Hotels und Krankenhäuser total überdimensioniert? Februar 2006, Teil 1: Neue Erkenntnisse zum Spitzendurchfluss in zentralen Trinkwassererwärmungsanlagen für den Wohnungsbau. März 2006, Teil 2: Neue Erkenntnisse zum Spitzendurchfluss in zentralen Trinkwassererwärmungsanlagen für Hotels und Krankenhäuser.
[8] VDI-Richtlinie 6023, Hygiene in Trinkwasserinstallationen, Anforderungen an Planung, Ausführung, Betrieb und Instandhaltung.
[9] Volker Merdian: 2006, Trinkwasser- Rohrnetzberechnung mit EDV-Unterstützung und Sicherer Weg zur richtigen Dimension, IKZ-Fachplaner, Heft 11/2008.
[10] DVGW-Arbeitsblatt W 551, April 2004, Technische Maßnahmen zur Vermeidung des Legionellenwachstums; Planung, Errichtung, Betrieb und Sanierung von Trinkwasser-Installationen.
[11] DIN 1988, Teil 300, Technische Regeln für Trinkwasserinstallationen TRWI; Ermittlung des Rohrdurchmessers – technische Regeln des DVGW. Für Mehrfamilienhäuser, Seniorenheime Hotels, Krankenhäuser, Schulen.
Weiterführende Informationen: http://www.zeeh-speicher.de
Dienstag, 25.10.2016