Bereich 6: Trinkwasserspeicher

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Aufbau

Zum Bereich "Trinkwasserspeicher" gehören der Trinkwasserspeicher selbst, der Brauchwassermischer sowie die erforderlichen Rohrleitungen und der Kaltwasseranschluss inklusive aller Armaturen.

Variationen

Die Industrie bietet eine Fülle von Trinkwasserspeichern in Größen von einigen hundert bis hin zu mehreren tausend Litern. Eingesetzt werden Druckspeicher oder drucklose Speicher, die wahlweise mit Wärmetauschern oder Schichtladeeinrichtungen ausgestattet sein können. Beachten Sie die Herstellerempfehlungen und die Aussagen in Bereich 2 (solare Beladung).

Variationen entstehen beispielsweise durch unterschiedliche Strategien in der Beladung oder Entladung.

Weitere Variationen entstehen durch die Verwendung mehrer Speicher desselben Typs anstelle eines einzelnen Speichers, die in den Verschaltungsvarianten parallel, seriell, in Vorrang oder in Kaskade verschaltet werden. Beachten Sie die Ausführungen zur Verschaltung.

Auslegung und Detailplanung

Die Auslegung des Trinkwasserspeichervolumens orientiert sich vorrangig an der benötigten NL-Zahl (Optimierungskriterium Versorgungssicherheit).

Weitere Anforderungen resultieren zum Beispiel aus der Größe der Kollektorfläche (Wärmetauscherfläche solar), der Art der Nachheizung (Wärmetauscherfläche Nachheizung) oder auch der Einbindung der Zirkulation.

Die Wärmeverluste des Speichers sind insbesondere im Bereich der Anschlüsse durch gute Wärmedämmung zu minimieren. Geeignete Maßnahmen zur Verhinderung von Einrohrzirkulation (Schwerkraftbremsen, Konvektionsbremsen etc.) sollten eingeplant werden.

Das Volumen kann auf einen oder mehrere Speicher aufgeteilt sein.

Beachten Sie die Herstellerangaben sowie die detaillierten Planungshinweise der VDI 6002 Blatt 1.

Knackpunkte

  • Wichtigster Knackpunkt ist die Beachtung einer ausreichenden NL-Zahl.
  • Ein Knackpunkt der solarseitigen Beladung ist eine zu kleine solare Wärmetauscherfläche oder auch eine mangelnde Temperaturschichtung während der Beladung.
  • Weitere Knackpunkte sind zu hohe Wärmeverluste durch unzureichende Wärmedämmung sowie Nachlässigkeiten bei der Speichermontage (Wärmedämmung nicht eng anliegend, keine ausreichende Dämmung der Anschlüsse, keine Maßnahmen zur Vermeidung von Einrohrzirkulation etc.).

Ergänzungen für bestimmte Funktionsprinzipien

WW1

Variationen

Solare Beladung

Die Industrie bietet eine Fülle an Trinkwasserspeichern in Größen von einigen hundert Litern bis hin zu mehreren tausend Litern. Die Speicher können mit internen Wärmetauschern bzw. Schichtladeeinrichtungen ausgestattet sein oder über externe Wärmetauscher angeschlossen werden. Beachten Sie die Herstellerempfehlungen und die Aussagen in Bereich 2: Kollektorkreis.

Einsatz mehrerer Speicher

Eine weitere Variation entsteht durch die Verwendung mehrerer Speicher desselben Typs anstelle eines einzelnen Speichers, die in den Verschaltungsvarianten parallel, seriell, in Vorrang oder in Kaskade verschaltet werden, sieheBereich 5: "Prinzipielle Möglichkeiten der Verschaltung".

Auslegung und Detailplanung

  • Leistungsdaten des Speichers prüfen:
    Viele Hersteller bieten spezielle Speicher mit großzügigem Bereitschaftsvolumen und Nachheizwärmetauscher an, die hohe Schüttleistungen ermöglichen. Bei einem 1.000-l-Speicher sind NL-Zahlen über 15 möglich .
  • Brauchwassermischer richtig installieren

WW2

Variationen

Da die Nachheizung erst im Bereitschaftsspeicher erfolgt, reicht für dieses Funktionsprinzip ein monovalenter Speicher aus.

Bivalenter statt monovalenter Solarspeicher

Um die Wärmetauscherfläche zu vergrößern, kann statt eines monovalenten Speichers auch ein bivalenter Speicher mit Reihenschaltung der Wärmetauscher eingesetzt werden.

Unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten des Funktionsprinzips

Dieses Funktionsprinzip ist in erster Linie für die Nachrüstung konzipiert – der Bereitschaftsspeicher besteht also schon.

Das Funktionsprinzip wird aber auch im Neubau eingesetzt, wenn WW4 noch zu groß ist, WW1 bzw. WW3 aufgrund zu niedriger Leistungsdaten des bivalenten Solarspeichers bzw. der Trinkwasserstation aber nicht eingesetzt werden (können). Dies kann beispielsweise in Sportstätten, Hotels, großen Mehrfamilienhäusern etc. der Fall sein.

Auslegung und Detailplanung

Die Größe des vorgeschalteten monovalenten Speichers wird durch die Auslegung der Solaranlage bestimmt (ca. 50 l/m² Kollektorfläche).

Solarwärme erreicht Bereitschaftsspeicher nur bei Zapfung

Der Kunde bzw. spätere Betreiber ist im Beratungsprozess darauf hinzuweisen, dass bei ungleichmäßiger Zapfung oder "Löchern" im Verbrauchsprofil ("Wochenendloch") auch im Sommer die Nachheizung des Bereitschaftsspeichers trotz heißem Vorwärmspeicher aktiv werden kann. Dies stellt keinen Mangel des Systems dar und muss ausreichend kommuniziert werden. Eine 100%ige Deckung des sommerlichen Wärmebedarfs (Nachheizung wird nicht aktiv) ist mit diesem Funktionsprinzip nur bei sehr gleichmäßigem Zapfprofil möglich. In Mehrfamilienhäusern bis 12 Wohneinheiten ist dieser Zustand normalerweise nicht gegeben (siehe auch Knackpunkte).

Bestehenden Speicher bei Modernisierungsmaßnahmen prüfen

Prüfen Sie, ob der Speicher ausreichend bemessen ist (z. B. wenn bei Sanierungsmaßnahmen wie Dachgeschossausbau weiterer Wohnraum hinzukommt).

Brauchwassermischer richtig installieren!

Knackpunkte

Solarwärme erreicht Bereitschaftsspeicher nur bei Zapfung

Bei diesem Funktionsprinzip erreicht die im vorgeschalteten Speicher befindliche Solarwärme den Bereitschaftsspeicher nur, wenn im Haus gezapft wird und kaltes Wasser nachströmt. Entsprechend eignet sich dieses Funktionsprinzip vorrangig für Anwendungen mit gleichmäßigem Zapfprofil, d. h. das Warmwasser wird gleichmäßig über den Tag entnommen. Ansonsten kann der Fall auftreten, dass im Sommer trotz heißem Vorwärmspeicher (zunächst) die Nachheizung für den Bereitschaftsspeicher anspringt. Unzureichend aufgeklärte Betreiber bemängeln dies dann häufig als Nachteil.

Speicherumladung

Auf eine zusätzliche Ladepumpe, die bei ausreichendem Temperaturniveau im Speicher 5 die Solarwärme in den Bereitschaftsspeicher umpumpt, wird bei Mehrfamilienhäusern in der Regel verzichtet (eher im EFH mit nur morgendlicher/abendlicher WW-Zapfung üblich). Sollte sie eingesetzt werden, sind folgende Aspekte zu beachten:

  • Bei mangelnder Ausführung kann konventionelle Energie in den vorgelagerten Speicher 5 verschleppt werden.
  • Referenzpunkt für die Fühlermontage im Bereitschaftsspeicher sorgfältig bestimmen (kein kälteres Wasser in den Bereitschaftsteil einmischen)!

Legionellenschutzschaltung

Die Legionellenschutzschaltung muss beide trinkwasserführenden Speicher erfassen. Überschreitet das Gesamt-Speichervolumen (Bereich 5 und 6) ca. 2.000 l, sollte ein anderes Funktionsprinzip gewählt werden.

Einbringmaße und Aufstellfläche beachten

Für den zusätzlichen Speicher sind Einbringmaße und Aufstellfläche zu beachten (Türbreiten, Kippmaß, Höhe, Aufstellfläche etc.).

WW3, hier: Trinkwasserstation

Zum Bereich "Trinkwasserspeicher" gehören in diesem Funktionsprinzip die Trinkwasserstation selbst inklusive aller eventuell benötigten Pumpen, Ventile und Regelungen sowie die erforderlichen Rohrleitungen, der Anschluss der Zirkulation und der Kaltwasseranschluss.

Aufbau

Die Trinkwasserstation übergibt die im Puffer gespeicherte Wärme an das Trinkwasser im Direktdurchlauf. Viele Hersteller bieten vorkonfektionierte Trinkwasserstationen mit Nennzapfleistungen im Bereich von 10 l/min bis hin zu mehreren 100 l/min und abgestimmtem hydraulischem bzw. regelungstechnischem Zubehör an.

Die Stationen verfügen in der Regel über einen eigenständigen Regler. Die aktuelle Zapfrate und die WW-Temperatur werden gemessen und die pufferseitige Entladepumpe derart drehzahlgeregelt, dass die gewünschte Trinkwasser-Solltemperatur (z. B. 60 °C) erreicht und konstant gehalten wird.

Die Auswahl der geeigneten Trinkwasserstation sollte in enger Absprache mit den Herstellern erfolgen. Sie stellen entsprechende Leistungsdiagramme oder Auslegungstools bereit. Anhand derer kann in Abhängigkeit der Kesselleistung, der Pufferspeichergröße und -solltemperatur die maximale Zapfleistung in l/min sowie der resultierende Druckverlust für die Erwärmung des Trinkwassers (beispielsweise von 10 °C auf 60 °C) ermittelt werden.

Entscheidend für die gute Einkopplung der Solarenergie sind möglichst niedrige Rücklauftemperaturen zum Pufferspeicher. Je nach Betriebszustand können Temperaturen von weniger als 30 °C erreicht werden.

Variationen

Einsatz mehrerer Trinkwasserstationen

Statt einer zentralen Trinkwasserstation können auch mehrere kleinere Stationen eingesetzt werden. Ist die momentane Zapfleistung klein oder wird nur die Zirkulation bedient, arbeitet eine nur Station. Bei erhöhtem Zapfvolumen schalten sich weitere Stationen zu.

Verschaltungsvarianten:

  • Kaskadierende Stationen: Kaskadierende Stationen werden in der Regel über einen zentralen TWS-Regler angesteuert (zentral und/oder stationsweise sehr schnell reagierende WW-Temperaturmessung bzw. Kaltwasserdurchfluss). Die Anzahl der benötigten Stationen wird ermittelt und die pufferseitige Entladepumpe entsprechend in der Drehzahl geregelt.
  • Parallel verschaltete Stationen: Parallel verschaltete Stationen werden über die integrierten Einzelregler angesteuert. Die Anzahl der benötigten Stationen kann beispielsweise über Drucksensoren gesteuert werden. Dafür ist ein exakter hydraulischer Abgleich und Einregulierung z. B. über eingebaute Widerstände erforderlich. Beachten Sie die Herstellerangaben.

Geschichtete Einspeicherung des Pufferrücklaufs

Die Rücklauftemperatur zum Puffer kann z. B. über ein 3-Wege-Umschaltventil oder Schichtladeeinrichtungen im Pufferspeicher entsprechend der Temperatur eingeschichtet werden. Alternativ kann bei mehreren Trinkwasserstationen auch eine separate Station eingesetzt werden, die ausschließlich für die Zirkulation zuständig ist und entsprechend den hohen Rücklauftemperaturen in den oberen Pufferbereich einspeist.

Auslegung und Detailplanung

Die Auslegung der Trinkwasserstation ist gekoppelt an den Warmwasserbedarf und insbesondere an die Bedarfsspitzen, die Leistung des Wärmeerzeugers, das Pufferspeichervolumen und die notwendige Auslegungs- Bereitschaftstemperatur. Beachten Sie die Herstellerunterlagen der Trinkwasserstation und die Aussagen im Bereich 8.

Systemvoraussetzung

Voraussetzung sind ein ausreichendes Puffervolumen und eine ausreichende Temperatur im Pufferspeicher. Die Station muss auf die maximal zu erwartenden Zapfspitzen ausgelegt werden (Versorgungssicherheit).

Bedarfsermittlung

Wohnungsweisen Warmwasserbedarf und Komfortwünsche ermitteln (wenn möglich: messen!). Über Gleichzeitigkeitsfaktoren wird die maximal erforderliche Zapfleistung festgelegt (siehe auch Bereich 8) und die entsprechende(n) Station(en) ausgewählt.

Auslegung

In Abhängigkeit der benötigten Zapfleistung des Gebäudes und der geplanten primärseitigen Pufferspeichertemperatur können pufferseitiger Heizwasserbedarf, primär- und sekundärseitige Druckverluste sowie erzielbare Rücklauftemperaturen zum Puffer ermittelt werden (Auslegungsdiagramme, Tabellen oder Auslegungstools der Hersteller). Damit können die notwendige Pufferspeichergröße und die erforderliche Kesselleistung abgestimmt werden.

Hinweis: Hier sind beispielsweise in Kombination mit Wärmepumpen besondere Annahmen wie z. B. eine maximale Pufferspeichertemperatur von 55 °C zu berücksichtigen, was zu deutlich größeren primärseitigen Volumenströmen und damit zu größeren Bereitschafts-Puffervolumina führt.

Hinweis: Die maximalen Druckverluste der Trinkwasserstationen sind bei der Auslegung des Trinkwassernetzes zwingend zu beachten. Im Extremfall kann die Versorgungssicherheit gefährdet werden!

WW4, hier: Trinkwasser-Bereitschaftsspeicher und Solar-Vorwärmspeicher

Zum Bereich "Trinkwasserspeicher" gehören in diesem Funktionsprinzip der Bereitschaftsspeicher sowie der Solarvorwärmspeicher inklusive aller eventuell benötigten Pumpen, Ventile und Regelungen sowie der erforderlichen Rohrleitungen und der Kaltwasseranschluss.

Aufbau

Solarvorwärmspeicher und Bereitschaftsspeicher sind die zentralen Komponenten des Energiemanagements. Der vorgelagerte Speicher nimmt die Solarwärme aus dem Pufferkreis auf und gibt sie bei Zapfung an den in Reihe geschalteten Bereitschaftsspeicher ab. Der Kaltwasseranschluss ist im Vorwärmspeicher; Warmwasserabgang, Nachheizung und der Anschluss der Zirkulation im Bereitschaftsspeicher. Die Legionellenschutzschaltung umfasst beide Speicher.

Variationen

Das Funktionsprinzip ist mit all seinen Variationsmöglichkeiten detailliert in der VDI 6002 beschrieben.

Wärmeübergabe im Direktdurchlauf

Statt mit Solarvorwärmspeicher kann die Solarwärme aus den Pufferspeichern auch im Direktdurchlauf an das Kaltwasser abgegeben werden. Das Funktionsprinzip ist ebenfalls in der VDI 6002 beschrieben. Beachten Sie die umfangreichen Knackpunkte des Systems. Derzeit ist es nur in Kombination mit vorgefertigten Trinkwasserstationen zu empfehlen.

Wärmeübergabe ohne Vorwärmspeicher

Der Vorwärmspeicher schafft durch Trennung vom Bereitschaftsvolumen definierte Bedingungen für die solare Wärmeübergabe an das Trinkwasser.

Einige Hersteller arbeiten ohne separaten Vorwärmspeicher. Dann muss im unteren Bereitschaftsspeicherbereich ausreichend Volumen für die solare Wärmeübergabe bereitstehen. Auf die Einregulierung der Anlage und die Positionierung der Fühler ist besonderes Augenmerk zu legen. In der Regel werden Speichersonderanfertigungen eingesetzt.

Auslegung und Detailplanung

Beachten Sie die Ausführungen der VDI 6002. Der Bereitschaftsspeicher wird entsprechend den Anforderungen auf Versorgungssicherheit ausgelegt. Für das Vorwärmspeichervolumen gilt als Faustformel in etwa der durchschnittliche stündliche Warmwasserbedarf.

Knackpunkte

Das Funktionsprinzip ist mit all seinen Knackpunkten ist detailliert in der VDI 6002 beschrieben. An dieser Stelle sei nur auf zwei Besonderheiten hingewiesen:

  • Ausführung und Ansteuerung des 3-Wege-Ventils im Pufferentladekreis
    Das Thermostatventil mit thermischem Stellantrieb zum Schutz des Entladewärmetauschers vor Verkalkung hat meistens einen Fernfühler. Dieser muss innerhalb des Regelkreises sitzen, d. h., wenn das Ventil beispielsweise bei 65 °C schließt (Puffervorlauf zu heiß), läuft die Pumpe im Bypass, in dem auch der Fühler sitzen muss.
  • Rückschlagklappen einsetzen
    Um Fehlströmungen zu vermeiden, sind bei diesem Funktionsprinzip in der Ausführungsplanung Rückschlagklappen vorzusehen.
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