Bereich 8: Trinkwasserverbraucher

9. November 2020
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TechnikSolarthermie AufbauTrinkwasserverbraucher

Allgemeine Merkmale

Zum Bereich "Trinkwasserverbraucher" gehört der Warmwasserbedarf als Auslegungsgröße für das Solarsystem.

Aufbau

Der Warmwasserbedarf ist die entscheidende Auslegungsgröße für die Solarwärmeanlage. Er sollte daher möglichst genau bestimmt und bestenfalls gemessen werden.
Das Zapfprofil wird beschrieben durch Zapfspitzen, Gleichzeitigkeitsfaktoren der einzelnen Wohneinheiten sowie die zeitbezogene Auflösung (Tages-, Wochen- und Jahresgang).

Hinweis: Die Versorgungssicherheit muss zu allen Betriebszuständen sichergestellt werden. Die Auslegung der (konventionellen) Bereitstellungstechnik inklusive der Wärmeverteilung ist entsprechend den anerkannten Regeln der Technik vorzunehmen. An dieser Stelle werden vornehmlich nur die für die Auslegung und Optimierung der Solaranlage wichtigen Größen beschrieben. Die Anwendung und Beachtung dieser Ausführungen entbindet den Bauausführenden deshalb nicht von der Notwendigkeit einer fachgerechten gebäudetechnischen Planung.

Variationen

Für weitere Anwendungen finden Sie geeignete Verbrauchsprofile beispielsweise in der VDI 6002 Teil 2.

Auslegung und Detailplanung

Der Warmwasserbedarf kann nach unterschiedlichen Ansätzen berechnet oder abgeschätzt werden. Zwischen Schätzung, Berechnung und Messung können dabei erhebliche Differenzen auftreten.

Ansätze zur Ermittlung des Warmwasserbedarfs:

  1. Über DIN 4708-2
  2. In Anlehnung an VDI 6002
  3. Nach Herstellervorgaben oder alternativen Quellen und Empfehlungen
  4. Durch Messung

Fragen wie Haftungssicherheit für den ausführenden Handwerker, Versorgungssicherheit für den Betreiberund Optimierung aus Sicht der Solaranlage lassen sich nicht miteinander in Einklang bringen, da sie teilweise gegenläufige Ansätze verfolgen. So gilt der Ansatz nach DIN 4708-2 allgemein als veraltet und viel zu hoch, während die anderen Ansätze wiederum bestimmte Kriterien wie beispielsweise die Versorgungssicherheit weniger stark berücksichtigen.
Meist gilt es also, objektspezifisch abzuwägen und zu entscheiden. In Ermangelung eines goldenen Mittelweges lässt sich zumindest eine einfache Handlungsempfehlung formulieren: Messen hat gegenüber Berechnen oder Schätzen die höhere Priorität. Durch Messungen wird die sichere Grundlage der Normung ergänzt.

Solare Optimierung nach sommerlichen Schwachlastzeiten

Aus Sicht der Solaranlage führt ein überschätzter Warmwasserbedarf zu solaren Überschüssen und unnötigen Stagnationszeiten. Daher gilt prinzipiell für die Abschätzung des Warmwasserbedarfs und das erforderliche Bereitschaftsvolumen: So wenig wie möglich, so viel wie nötig.
Stillstand (Stagnation) im Kollektorkreis kann vor allem in der sommerlichen Urlaubszeit auftreten, also in Perioden mit intensiver Sonneneinstrahlung bei gleichzeitig geringem Warmwasserverbrauch. Daher sind für die Auslegung der Solaranlage in Mehrfamilienhäusern die sommerlichen Schwachlastzeiten maßgebend (=Auslegungsverbrauch). Für Neubauten wird nach VDI 6002 Blatt 1 ein Auslegungsverbrauch von ca. 22 l pro Vollbelegungsperson (vp) und Tag empfohlen (Bezugstemperatur: 60 °C).

Hinweis: Typische Jahresverläufe des Warmwasserbedarfs sowie detaillierte Hinweise für die Auslegung finden Sie in der VDI 6002 Blatt 1 und 2. Beachten Sie insbesondere weitere Hinweise zur Ermittlung von Bedarf und Auslegungsverbrauch im Vorwort der VDI 6002.

Hinweis: Beachten Sie auch parallel geltende, länderspezifische oder mitberührte Gesetzeswerke, die abweichende, weiterführende oder anderslautende Forderungen enthalten könnten.

Hinweis: Bei der Planung der Solaranlage sollten auch Möglichkeiten zur Reduzierung des Warmwasserverbrauchs in Betracht gezogen werden.

Knackpunkte

Aus den im Punkt "Auslegung und Detailplanung" erwähnten unterschiedlichen Lösungsansätzen ergeben sich sehr unterschiedliche Knackpunkte, von denen hier lediglich diejenigen aus Sicht der Solaranlage erwähnt werden sollen:

Für wirtschaftlich optimierte Anlagen: Überschätzung des Warmwasserbedarfs

Während es für die Effizienz der Solaranlage unerheblich ist, wenn bei der Planung von einem zu geringen Warmwasserbedarf ausgegangen wird, führt eine Überschätzung häufig zu sommerlichen Stillstandszeiten. Bei wirtschaftlich optimierten Anlagen kann das zu einem Mangel führen, da Stillstand immer zu Lasten der Wirtschaftlichkeit oder Amortisationszeit der Anlage geht.

Für Anlagen mit gewünschter hoher solarer Deckung

Hier gilt es, möglichst alle potentiellen Verbraucher ausfindig zu machen, um die Kollektorfläche entsprechend ausreichend groß dimensionieren zu können. Ist der Verbrauch real höher als erwartet, kann die Solaranlage den gewünschten hohen Deckungsbeitrag nicht gewährleisten.

Ergänzungen für bestimmte Funktionsprinzipien

WW5, sinngemäß auch HU5

Dem Bereich "Trinkwasserverbraucher" sind bei Funktionsprinzip WW5 (und HU5) auch die dezentralen Trinkwasserstationen zugeordnet.

Aufbau

Einige Hersteller bieten speziell für den mehrgeschossigen Wohnungsbau entwickelte Trinkwasserstationen an, die platzsparend auf oder unter Putz beispielsweise im Bad-, Flur- oder Küchenbereich installiert werden können und für den Anschluss eines Wärmeverteilnetzes vorbereitet sind.

Variationen

Bauarten Verteilnetz:Die Verteilleitungen für Warmwasser und Zirkulation sowie für die Heizkreise können je nach Temperaturniveau der Heizkreise (Fußboden- oder Radiatorheizkreise) separat oder gemeinsam betrieben werden (Aufbau von 2-Leiter- oder 4-Leiter-Netzen).
Unter der Voraussetzung, dass alle Regeln zur Trinkwasserhygiene eingehalten werden können, sind für die Warmwasserbereitung 50–55 °C im Netzvorlauf ausreichend. Beachten Sie ergänzend die Herstellerangaben.

Knackpunkte

  • Eignung dezentraler Trinkwasserstationen für solar optimierte Netze
    Die am Markt vorhanden Trinkwasserstationen sind primär für hochtemperaturorientierte Fernwärmesysteme entwickelt und optimiert. Bei der Auswahl der Stationen in solaroptimierten Netzen treten eine ganze Reihe von Problemen auf. Beachten Sie die angegebenen Links mit weiterführenden Informationen.
  • Niedrige Rücklauftemperatur Wärmenetz
    Die Netzrücklauftemperatur ist bei diesem Funktionsprinzip von entscheidender Bedeutung für den Solarertrag. Die Pumpe wird in der Regel bedarfsabhängig drehzahlgeregelt. Niedrige Netzrücklauftemperaturen von im Jahresdurchschnitt leistungsgemittelt maximal 35 °C sind anzustreben, werden in der Realität aber oft nicht erreicht. Die Rückführung eines zu heißen Rücklaufes in den Pufferspeicher verringert den solaren Energiegewinn, weil der Kollektorwirkungsgrad sinkt und die notwendigen Speichervolumen etwas größer werden.

Kleine Wissenssammlung

Bedarfsermittlung und Gleichzeitigkeiten

Im Rahmen der Haustechnikplanung ist zu prüfen, ob die eingesetzte Technik (Speicher, Wärmeerzeuger, Trinkwasserstationen, etc.) ausreichend dimensioniert ist. Insbesondere für die Auslegung von Trinkwasserstationen sind neben dem Auslegungsverbrauch auch die Zeiten und die Höhe der maximal auftretenden Zapfspitzen zu berücksichtigen (bestenfalls: Messen!).

Ein übliches Verfahren ist die Bestimmung über Gleichzeitigkeiten. Die Ermittlung von Gleichzeitigkeitsfaktoren ist dabei allerdings umstritten (siehe Beispielberechnung).

Auch hier gilt: Sichere (aber teilweise bis zu Faktor 4 überdimensionierte) Auslegung über DIN 4708, die daher in jedem Fall mit Herstellerempfehlungen, Messungen oder alternativen Quellen und/oder Empfehlungen wie beispielsweise nachfolgend beschriebenen umfangreichen Messungen der TU Dresden ergänzt und abgeglichen werden sollten.

Gleichzeitigkeitsfaktor f:

Anzahl WE mit gleichzeitigem Zapfbedarf / Gesamtanzahl WE

Spitzenzapfbedarf [l/min]:

Anzahl WE × f × Zapfrate

Beispiel

Wohngebäude Neubau mit 10 WE, davon

  • 4 Wohnungen mit je 2 Räumen, np aus einschlägigen Tabellen: 4 × 1,6 = 6,4 Personen
  • 3 Wohnungen mit je 3 Räumen, np aus einschlägigen Tabellen: 3 × 2,3 = 6,9 Personen
  • 3 Wohnungen mit je 4 Räumen, np aus einschlägigen Tabellen: 3 × 2,8 = 8,4 Personen

Summe: ca. 22 Personen

Bei durchschnittlich 22 l/(p·d) ergibt sich in Anlehnung an VDI 6002 ein Auslegungsverbrauch von ca. 22 × 22 l/(p·d) = 484 l/d (bei 60 °C). Gemäß DIN 4708 ergibt sich für zentrale Wassererwärmungsanlagen nach dem Durchflusssystem in Mietshäusern mit 3–4 Zimmern, 3 bis 4 Personen und Wannenvollbad je Wohnung für das Beispiel mit 10 WE ein Gleichzeitigkeitsfaktor von 0,47.

Bei Zugrundelegung der Messungen TU Dresden ist für dieses Beispiel mit einer Gleichzeitigkeit von ca. 2,5 zu rechnen. Es lässt sich ein Gleichzeitigkeitsfaktor von ca. 0,25 ableiten. Bei einer Zapfrate von 15 l/min ergibt sich ein Spitzenzapfbedarf von 10 WE × 0,25 × 15 l/min = ca. 37,5 l/min (40 °C).

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