Dezentrale Trinkwassererwärmung in Zeiten der Energiewende

Es ist unbestritten, dass der Wohlstand unserer Gesellschaft von einer einwandfreien Energieversorgung abhängt.

„Im Zuge der Energiewende ersetzen erneuerbare Energien wie Wasser- und Solarkraft, Windenergie, Erdwärme und nachwachsende Rohstoffe die fossilen Energieträger kontinuierlich. Sie sollen bis 2050 rund 60 Prozent am Bruttoendenergieverbrauch und 80 Prozent am Bruttostromverbrauch ausmachen.“ Auch wir als Hersteller sehen uns in der Pflicht, diesen Weg zu begleiten und setzten bzw. setzen in der Entwicklung ausschließlich auf Produkte, welche mit erneuerbaren Energiequellen kompatibel sind.

Um diesen Wohlstand auch in Zukunft gewährleisten zu können, ist es unerlässlich, eine wirtschaftliche und umweltverträgliche Energieversorgung zu realisieren. Dass fossile Energieträger wie Erdgas, Erdöl und Kohle schon bald der Vergangenheit angehören, dürfte wohl mittlerweile jedem klar sein. Regenerative Energiequellen werden immer stärker im Fokus sein. Um diese wirtschaftlich und energetisch sinnvoll nutzen zu können, muss man auch die Heizsysteme weiter optimieren.

Aus diesem Grund wird man in Zukunft immer mehr auf Niedertemperatursysteme in Verbindung mit Wärmepumpen setzen. Bei der Optimierung der Jahresarbeitszahl bzw. Leistungszahlen von Wärmepumpenanlagen kommt es vor allem darauf an, dass die Systemtemperaturen (Vor- und Rücklauf) niedrig sind und die resultierende Spreizung für das System angemessen ist. Die energieeffiziente Beheizung eines Gebäudes stellt dabei aus heutiger Sicht kein Problem dar, aber wie verhält es sich mit der ordnungsgemäßen Trinkwassererwärmung?

Speziell im Wohnungsbau gibt es hier große Herausforderungen hinsichtlich der geforderten Trinkwasserhygiene. Aufgrund der Vorgaben und Normung müssen zentrale Trinkwassererwärmungssysteme mit einer Temperatur von 60 °C am Trinkwassererwärmer und 55°C am Zirkulationsrücklauf betrieben werden, um einer Gefährdung durch Legionellen vorzubeugen. Trotz dieser Maßnahmen kommt es aber auch immer wieder zu Zwischenfällen, da diese Systeme sehr viel Wasserinhalt aufweisen und der sichere und bestimmungsgemäße Betrieb sehr komplex und technisch anspruchsvoll ist. Eine weitere Herausforderung ist auch, dass Niedertemperatur-Wärmepumpen eine maximale Vorlauftemperatur von nur etwa 55 °C realisieren können. Um eine Warmwassertemperatur von 60 °C zu erreichen, benötigt man aber Primär-Vorlauftemperaturen von 70 °C und mehr. Technisch sind diese Temperaturen mittlerweile mit entsprechenden Wärmepumpen erreichbar – wirklich wirtschaftlich ist dies jedoch nicht, da die Leistungszahlen bei solch hohen Temperaturen sehr gering sind. Des Weiteren sind die Bereitschafts- und die Netzverteilverluste in derartigen Anlagen sehr hoch.

Nun stellt sich natürlich die folgende Frage: Wie kann man diese Herausforderungen lösen? Die Antwort lautet: mit Dezentralität.

Wohnungsstationen im Aufwind

Seit Jahren werden verstärkt Wohnungsstationen und dezentrale Trinkwassererwärmer als Alternative zur zentralen Warmwasserbereitung eingesetzt. Diese Systeme zeichnen sich dadurch aus, dass das Trinkwasser dezentral und nur nach Bedarf erwärmt wird. Die Energieversorgung für die Trinkwassererwärmung erfolgt aus dem Heizungsnetz. Das bedeutet, dass keine Warmwasser- und Zirkulationsleitungen in der Verteilung benötigt werden. Man spricht bei diesem System von einem 2-Leiternetz.

Auch aus hygienischer Sicht besitzt das dezentrale System mit Wohnungsstationen entscheidende Vorteile. Üblicherweise hat das nachgelagerte Warmwasserleitungsnetz, zum Beispiel in einer Wohnung, einen Wasserinhalt von < 3 Liter. Die DIN 1988-200 („Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen - Teil 200: Installation Typ A [geschlossenes System] - Planung, Bauteile, Apparate, Werkstoffe“) gibt bei diesem Umstand keine Mindesttemperatur vor. Die VDI 2072 („Wärmeübergabestation mit Wasser-Wasser-Wärmeübertrager für Durchfluss-Trinkwassererwärmung/Raumwärmeversorgung“) empfiehlt mit Bezug auf die VDI 6003 („Trinkwassererwärmungsanlagen - Komfortkriterien und Anforderungsstufen für Planung, Bewertung und Einsatz“) eine Warmwasser-Austrittstemperatur von 50 °C. Dadurch, dass nur bedarfsgerecht erwärmt wird und der Wasserinhalt bei normaler Nutzung sehr häufig ausgetauscht wird, bieten dezentrale Trinkwassererwärmer ein hohes Maß an Sicherheit bei der Warmwasserversorgung.

Eine Warmwassertemperatur von 50 °C mit einer Wärmepumpe zu realisieren, ist mit einer Vorlauftemperatur von 55 °C technisch möglich, aber nur bedingt wirtschaftlich. Speziell bei Luft/Wasser-Wärmepumpen wäre das Delta T zwischen Wärmequellentemperatur und benötigter Vorlauftemperatur sehr groß. Zudem muss die Vorlauftemperatur für die Fußbodenheizung auf die Auslegungstemperatur reduziert werden. !PAGEBREAK()PAGEBREAK!

Individuelle Stärken kombinieren

Um die Systemtemperaturen senken zu können, gibt es eine simple und technisch einfach umsetzbare Lösung. Bei diesem Ansatz werden dezentral zwei Energiequellen genutzt – es handelt sich demnach um ein hybrides System. Das 2-Leiternetz wird in diesem Fall mit einer konstanten Vorlauftemperatur von etwa 35 bis 45°C betrieben. Das kalte Trinkwasser wird bei der Entnahme im integrierten Hochleistungs-Wärmeübertrager durch die Wärme des Heizungswassers vortemperiert. Unmittelbar danach wird dieses erwärmte Wasser in einen elektronisch geregelten Durchlauferhitzer weitergeleitet und dort auf die gewünschte Temperatur elektrisch nacherwärmt.

Der Hauptteil der benötigten Energie (ca. 2/3 bei 40 °C Vorlauf) wird hierbei aus dem Heizungsnetz bezogen. Bei einer Anwendung im Standardwohnungsbau werden etwa 12,2 l/min mit 50 °C benötigt. Zum Nacherwärmen kann dieser Anwendungsfall durch einen elektrischen Durchlauferhitzer mit 13,5 kW abgedeckt werden. In der Jahresenergiebilanz beträgt der Anteil der benötigten elektrischen Energie für den Durchlauferhitzter nur etwa vier bis fünf Prozent.

Durch das 2-Leiternetz mit konstant niedrigen Betriebstemperaturen werden auch die Wärmeverteilverluste deutlich verringert. Dies kann zu Energieeinsparungen von mehr als zehn Prozent führen und somit die Betriebskosten signifikant senken. Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Wärmepumpe auch auf eine sehr gute Jahresarbeitszahl kommt, da hohe Systemtemperaturen nicht notwendig sind.

Generell wird das ganze System effizienter und gleichzeitig weniger komplex. Es werden deutlich weniger Rohrleitungen und weitere Anlagenkomponenten benötigt, speziell in der Heizzentrale. Ebenso verkürzt sich die Installationszeit der gesamten Anlage um etwa 30 Prozent – Stichwort: hoher Vorfertigungsgrad einiger Wohnungsstationen, bei denen die gesamte Vorverdrahtung der benötigten Stell- oder Regelantriebe bereits erledigt ist.