Warm! wasse r - Wien · 2016-12-27 · Quelle: Darstellung ALLPLAN . faultwert (12,7 kWh/ m²a)...
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Warm wasse
r
Technologieleitfaden Warmwasser
effizient bereitstellen
ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
COP Coefficient of Performance EU-ETS Europaumlischer Emissionshandel (European Emission Trading System) JAZ Jahresarbeitszahl PE Primaumlrenergie PEF Primaumlrenergiefaktor PV Photovoltaik WP Waumlrmepumpe
IMPRESSUM
Medieninhaberin und Herausgeberin Magistrat der Stadt Wien Magistratsabteilung 20 ndash Energieplanung Strategische Gesamtkoordination DI Herbert Ritter und Ingin Ursula Heumesser Magistratsabteilung 20 ndash Energieplanung wwwenergieplanungwienat Erstellt durch Allplan GmbH Redaktions- und Abstimmungsteam Thomas Kreitmayer MSc (MA 20) DI (FH) Felix Groth (MA 25) DI (FH) Nikolaus Rohrer (MA 25) DI Martin Houmlller ( Wien Energie) Designkonzept Illustration Layout Typejockeys Wien wwwtypejockeysat Lektorat Veronika Kofler Druck agensketterl Druck GmbH wwwdiedruckerbiz Gedruckt auf Impact von Lenzing Papier (CO2 neutral 100 rezyklierte Fasern)
Verlags- und Herstellungsort Wien Februar 2016
ndash
Warm wasser effizient bereitstellen
Projektleiterin Maga DIin Manuela Farghadan
ProjektmitarbeiterInnen Michael Feichtinger BSc Mario Houmlld BSc Michael Jelencsits BSc DIin (FH) Andrea Kohlhauser DI (FH) Andreas Litzellachner
fuumlr Magistrat der Stadt Wien Magistratsabteilung 20 ndash Energieplanung Amerlingstrasse 11 1060 Wien
Wien im Februar 2016
AUFTRAGGEBERIN Magistratsabteilung 20 - Energieplanung
INHALTSVERZEICHNIS
Vorwort Maria Vassilakou 5 1 ENERGIEEINSATZ ZUR WARMWASSERBEREITUNG 6
11 Hintergrund6 12 Status Quo Wien 7
2 SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN 8 3 ARTEN DER WARMWASSERVERSORGUNG IM WOHNBAU11
31 Systemdimensionierung 11 32 Systemarten 12 321 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) 13 322 Mischform (2-Leiter-System) 14 323 Dezentrale Versorgung 15 33 Uumlbersicht Verteilsysteme 17
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ18 41 Definition Energieeffizienz 18 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo 21 421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) 21 422 Mischform 2-Leiter-System 21 423 Dezentrale Versorgung 21 424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser 21 425 Empfehlungen 22 426 Wirtschaftliche Betrachtung 22 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung 23 431 Ansatzpunkte Leitungsnetze 23 432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie 25 433 Innovative Loumlsungen 26 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern 28 441 Arten von Speichern 28 442 Waumlrmeverluste von Speichern 30 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung 32 451 Wasser sparen 32 452 Optimiertes NutzerInnenverhalten 32 453 Energieeffiziente Armaturen 32 454 Waumlrmeruumlckgewinnung 34 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung 36 461 Heizkessel 37 462 Solarthermie 37 463 Waumlrmepumpen 40 464 Photovoltaik 41
5 ANHANG 44 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis 44 511 Hygienerelevante Vorschriften 44 512 Oumlkodesign-Richtlinie 45 513 Wiener Bauordnung 45 514 Uumlbersicht Normen 46 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis 47 53 Literatur 48
VORWORT MARIA VASSILAKOU
Warmwasser ndash ein unbeachteter Energieverbraucher
Rund 80 des Energieverbrauchs von privaten Haushalten wird fuumlr die Raumwaumlrme- und Warmwasserproduktion eingesetzt Wobei der Energieverbrauch der fuumlr das Heizen aufgewendet wird den Energieverbrauch fuumlr die Warmwasserbereitung noch bei Weitem uumlbersteigt Ein Grund vielleicht warum die Warmwasserbereitstellung bisher unzureichend Beachtung fand Jedoch zu unrecht Das Thema verdient mehr Aufmerksamkeit wenn es darum geht die Energiebilanz von Gebaumluden zu verbessern Denn grundsaumltzlich stecken in der Warmwasserbereitung hohe Einsparpotenziale Vor allem dann wenn bereits bei der Planung das geeignete System beruumlcksichtigt wird Aber nicht nur im Neubau sondern auch bei Bestandsbauten lassen sich hohe Einsparungen erzielen
Der vorliegende Leitfaden zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten fuumlr eine effiziente Bereitstellung von Warmwasser in Wohnhausanlagen Er gibt eine Orientierung welches System fuumlr welches Objekt am besten geeignet ist Dabei werden drei Warmwassersysteme einander gegenuumlbergestellt und die Vor- und Nachteile abgewogen Betrachtet werden die zentrale Versorgung (4-Leiter-System) die dezentrale Versorgung und eine Mischform (2-Leiter-System mit Wohnungsstationen)
Erfolgreiche Umsetzungsbeispiele zeigen wie eine effiziente Warmwasserbereitung gelingen kann Demgegenuumlber sind auch negative Beispiele angefuumlhrt die verdeutlichen welche Stolpersteine es bei der Umsetzung zu beachten gibt
Nach wie vor steht bei der Warmwasserversorgung von Wohnhausanlagen hoher Komfort an erster Stelle Sowohl wassersparende Armaturen als auch effizientes NutzerInnenverhalten (duschen statt baden) sind zwar meist bekannt stehen allerdings oft im Widerspruch zu spontanen Beduumlrfnissen Durch vorausschauende Planung und optimierte Betriebsfuumlhrung kann ein effizientes Warmwassersystem einen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung leisten
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VORWORT Warmwasser effizient bereitstellen
Magordf Maria Vassilakou Vizebuumlrgermeisterin der Stadt Wien amtsfuumlhshyrende Stadtraumltin fuumlr Stadtentwicklung Verkehr Klimaschutz Energieplanung und BuumlrgerInnenbeteiligung
Magordf Maria Vassilakou
1 ENERGIEEINSATZ ZUR WARMWASSERBEREITUNG
11 Hintergrund
Fuumlr eine langfristig nachhaltige Energieversorgung gilt es zwei zentrale Themen zu beruumlcksichti-gen den menschlichen Anteil zum globalen Treibhauseffekt sowie die langfristige Sicherung der Energieressourcen
Die oft zitierten 20-20-20-Ziele der Europaumlischen Union zielen auf
Erhoumlhung der erneuerbaren Energietraumlger (Oumlsterreich 34 des Bruttoendenergieverbrauchs)
Reduktion der Treibhausgasemissionen (Oumlsterreich 21 im EU-ETS-Sektor 16 in den uumlbrigen Sektoren gegenuumlber 2005) sowie auf
eine Erhoumlhung der Energieeffizienz um 20 bis 2020 ab
Auf europaumlischer Ebene wurden auch langfristige Ziele (minus 40 Treibhausgasemissionen gegenuumlber 1990 Erhoumlhung auf 27 erneuerbarer Energietraumlger sowie +27 Energieeffizienz) bis 2030 vereinbart
Generell gilt die Maxime Jede kWh die durch Energieeffizienz eingespart wird muss nicht erst erzeugt werden
Rund ein Viertel des oumlsterreichischen Endenergieverbrauches (2013 1119 PJ) entfallen auf den Sektor Haushalte wobei rund 80 davon den Bereichen Raumwaumlrme und Warmwasser zuzurechnen sind (Statistik Austria 2013)
Gegenwaumlrtig uumlbersteigen die Aufwendungen fuumlr Heizung noch bei Weitem jene fuumlr Warmwas-ser ndash allerdings verschiebt sich die Gewichtung immer mehr Richtung Warmwasser wenn man beruumlcksichtigt dass Gebaumlude immer besser gedaumlmmt werden Bei einem Passiv- bzw Niedrigstenergiehaus uumlbertreffen bereits heute die Aufwendungen fuumlr Warmwasserbereitung jene fuumlr Heizung Auch bei zu sanierenden Gebaumluden schiebt sich die Frage der effizienten Warmwasserbereitung immer mehr in den Fokus der Uumlberlegungen
Nach wie vor zaumlhlen bei der Warmwasserversorgung von Mehrfamilienhaumlusern va hoher Komfort (Wasser in gewuumlnschter Menge und Temperatur moumlglichst ohne Wartezeit) kostenoptimierte Loumlsungen (insbesondere was laufende Kosten1 betrifft) aber auch aumlsthetische Gesichtspunkte (Haustechnik soll moumlglichst nicht sichtbar sein) Sowohl wassersparende Armaturen als auch bdquoeffizientes NutzerInnenverhaltenldquo wie zB bdquoduschen statt badenldquo sind zwar meist bekannt allerdings stehen diese oft im Widerspruch zu jeweils spontanen Beduumlrfnisse sowie zum Trend bdquoWellness im eigenen Badezimmerldquo
Hier gilt es durch vorausschauende Planung und optimierte Betriebsfuumlhrung dennoch einen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung zu leisten
1 Dieser Aspekt findet haumlufig zu wenig Beruumlcksichtigung da laufende Kosten nicht vom Errichter sondern vom spaumlteren Nutzer getragen werden
KAPITEL 1Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
Technologieleitfaden Warmwasser
6
KAPITEL 1Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
Technologieleitfaden Warmwasser
12 Status Quo Wien
In Wien wurden im Jahr 2012 rund 7 PJ (1970 GWh) fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzt Das entspricht rund 16 des Gesamtendenergiebedarfs der Wiener Haushalte (Statistik Austria 2013)
2012 Anteile der Energietraumlger
Sonstige 3
Fernwaumlrme 32
Elektrische Energie 16
Naturgas 49
7
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013
Rund die Haumllfte der Energie stammt vom Energietraumlger Gas ein Drittel der Energie liefert in Wien die Fernwaumlrme
Das Fernwaumlrmenetz in Wien besteht aus rund 1200 km Rohrleitungen zaumlhlt zu den groumlszligten Fernwaumlrmenetzen Europas und versorgt rund 330000 Wohnungen und 6500 GroszligkundInshynen (Wien Energie GmbH 2013) Die Waumlrmeerzeugung der Fernwaumlrme Wien erfolgt zu einem Groszligteil aus Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen sowie aus Abwaumlrme der Industrie Zusaumltzlich wird rund ein Drittel der benoumltigten Waumlrme durch Muumlllverbrennungs- bzw Biomasseanlagen bereitgestellt Die Waumlrmeuumlbergabe an ein Mehrfamilienhaus geschieht durch eine sogenannte Hausstation (Waumlrmetauscher)
Bei Nutzung des Energietraumlgers Erdgas sind bezuumlglich der Warmwasserbereitung sowohl zentrale als auch dezentrale Ausfuumlhrungen uumlblich Zu den eingesetzten Geraumltetypen zaumlhlen Durchlauferhitzer Kombithermen Gas-Warmwasserspeicher und Brennwertgeraumlte
Der Anteil erneuerbarer Energie zur Warmwasserbereitung ist gegenwaumlrtig noch sehr gering Aktuell tragen in Wien im Bereich der privaten Haushalte Waumlrmepumpen mit rund 003 PJ (8 GWh) solarthermische Anlagen mit 006 PJ (16 GWh) zur Energieaufbringung fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasserbereitung bei Beide Werte sind jeweils noch unter 1 des relevanten Energieeinsatzes zur Warmwasserbereitung und liegen deutlich unter dem oumlsterreichischen Durchschnitt
2 SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN
Bereitstellung ndash Verteilung ndash Nutzung
Bei jedem Versuch der energetischen Optimierung der Warmwasserbereitung ist eine Gesamtsicht auf die Bereiche Bereitstellung ndash Verteilung ndash Nutzung erforderlich Zusaumltzlich ergeben sich ndash bei gegebenen Randbedingungen ndash auch jeweils innerhalb eines Systems Moumlg-lichkeiten zur Verbesserung Es ist jedoch festzuhalten dass es keine pauschale Aussage uumlber das bdquobeste Systemldquo gibt da dies von den jeweiligen oumlrtlichen Gegebenheiten (zB Anschluss an das Fernwaumlrmenetz Moumlglichkeit zur Nutzung von Erdwaumlrme oder Grundwasser) aber auch vom konkreten Betrieb bzw NutzerInnenverhalten abhaumlngt
Insgesamt ist es erforderlich die Effizienz der Warmwasserbereitung zusammen mit jener der Gebaumludeheizung zu betrachten da diese in vielen Faumlllen gemeinsam geloumlst wird bzw sich die Systeme zumindest beeinflussen
Zum Thema bdquobestes Systemdesignldquo in Hinblick auf energieeffiziente Warmwasserversorgung koumlnnen folgende Schlussfolgerungen gezogen werden
Bezogen auf die Summe aller Verluste schneiden dezentrale Loumlsungen (Warmwasser wird dort erzeugt wo es benoumltigt wird) am besten ab
Generell schneiden 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstationen2 in Hinblick auf die Ver-teilverluste energetisch besser ab als 4-Leiter-Systeme3 was vor allem auf geringere Leitungslaumlngen zuruumlckzufuumlhren ist
Um erneuerbare Energien im Mehrfamilienhausbereich einbinden zu koumlnnen sollten ndash bis auf die Ausnahmen der Kombination mit Photovoltaik und Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern ndash zentrale Loumlsungen4 bevorzugt werden Eine Ausnahme bilden weit verzweigte einzelne Abnehmer zB bei Reihenhaumlusern wo weiterhin zu dezentralen Loumlsungen geraten wird
Speziell bei Waumlrmepumpen ist ein effizienter Betrieb durch Trennung von Warm-wasserbereitung und Heizung zu erreichen Fuumlr diese Technologie sind die Vorteile der optimierten Erzeugung (4-Leiter-System) den Vorteilen der geringeren Verluste (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu beurteilen Wenn 2-Leiter-Systeme eingesetzt werden sollen so sind Loumlsungen mit niedrigen Systemtemperaturen und elektrischer Nachheizung zu bevorzugen
Aufgrund der Houmlhe der Verteilverluste (Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleitungen) bei zentralen Loumlsungen wird dringend angeraten bereits in der Planungsphase saumlmtliche Leitungslaumlngen zu optimieren und Verteilleitungen uumlber das geforderte5 Maszlig hinaus zu daumlmmen sowie die Moumlglichkeit der Nutzung von Inliner-Systemen6 zu erwaumlgen
Verluste bei der Waumlrmebereitstellung stellen bei zentralen Varianten den zweithoumlchsten Verlustanteil dar und koumlnnen durch eine intelligente Technologieauswahl und -optimie-rung reduziert werden (optimierte Auslegung Abstimmung der Warmwasser- Heizung- und Speicherkombinationen und regelungstechnische Einbindung laufendes Monitoring)
Hilfsenergie (Pumpen) und Speicherverluste nehmen eine untergeordnete Rolle ein Op-timierungen bei bestehenden (alten) Systemen (Pumpentausch zusaumltzliche Daumlmmungen bei Speichern) koumlnnen allerdings sehr wohl zu nennenswerten Einsparungen fuumlhren
2 Zentrale Waumlrmebereit-stellung fuumlr Heizung und Warmwasser Warmwasserbereitung dezentral
3 Zentrale Bereitstellung von Warmwasser und vom Heizungsvorlauf getrennte Verteilung
4 2-Leiter oder 4-Leiter-Systeme
5 Uumlber die in der OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken
6 Warmwasser- und Zirkulationsleitung in einem Rohr
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
8
-
-
2-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
4-Leiter System
HEIZENERGIE-BEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwasser-waumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnik-energiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 ca 13 Verteilungs-
verluste verluste
ca 5 Abgabe-Speicher-Hilfsenergie-verluste
ca 8
verluste
Bereitstellungs-
ca 10
bedarf
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
shy
7 Der Warmwassershywaumlrmebedarf ist als
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen (oben) und 4-Leiter-Systemen (unten)7 flaumlchenbezogener De-
Quelle Darstellung ALLPLAN faultwert (127 kWh msup2a) gemaumlszlig OumlNORM 8110-5 festgelegt Er entspricht ca dem
Begriffsdefinitionen Wert wenn ein Liter Wasser um ca 30 degC (also beispielsweise
Warmwasserwaumlrmebedarf Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenverhalten von 8 degC auf 38 degC) erwaumlrmt wird Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleitungen
Bereitstellungsverluste Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten 8 Der Nutzungsgrad Technologie und vom Jahresnutzungsgrad8 beschreibt den Anteil
der im Energietraumlger Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher gespeicherten Energie
Abgabeverluste Verluste durch ungenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser der auch tatsaumlchlich
Hilfsenergiebedarf zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrmeshyenergie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
9
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KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
10
Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
Da aufgrund der hohen Verteilverluste vor allem bei 4-Leiter-Systemen annaumlhernd die doppelte Menge an Energie bereitgestellt werden muss kommt dem warmwassersparenden NutzerInshynenverhalten und auch den verwendeten Armaturen eine zentrale Rolle zu Installationsseitig koumlnnen Einsparungen va durch Strahlregler erzielt werden auch die Abwaumlrmenutzung aus dem Abwasser stellt eine Moumlglichkeit der Optimierung dar
Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung und ihre Anwendbarkeit in den drei Systemen werden in folgender Abbildung dargestellt
Dezentrale Versorgung Mischform
2-Leiter Systeme Zentrale Versorgung
4-Leiter Systeme
Energiesparende Armaturen einsetzen
Informationen zu Warmwasser sparenden NutzerInnenverhalten verteilen
Leitungslaumlngen optimieren (va bei zentraler Waumlrmebereitstellung)
Nach Moumlglichkeit dezentrale Abwaumlrme nutzen (zB dezentrale Waumlrmetauscher in Duschtassen)
Zusaumltzliche Daumlmmung der Verteilnetze
Nach Moumlglichkeit Systemshytemperaturen senken
Inliner-Systeme fuumlr Zirkulationsleitungen
(siehe Seite 27)
Nach Moumlglichkeit zentrale Abwaumlrmenutzung einsetzen (zB zentrale Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser)
Hydraulischer Abgleich Nutzung hocheffizienter Pumpen
Zusaumltzliche Daumlmmung des Warmwasserspeichers
Einbindung PV (Stromloumlsungen)
Einbindung PV (Stromloumlsungen) Nutzung Solarthermie Waumlrmepumpe Biomasse
Tab 1 Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung Quelle Darstellung ALLPLAN
LiterPerson und Tag (bei 60 degC)
Sozialer Wohnbau
Normaler Komfort
20 Liter
Mittlerer Komfort
40 Liter
Hoher Komfort
40 Liter
Allgemeiner Wohnbau 30 Liter 50 Liter 50 Liter
Gehobener Wohnbau 40 Liter 60 Liter 70 Liter
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
3 ARTEN DER WARMWASSERVERSORGUNG IM WOHNBAU
31 Systemdimensionierung
Die Planung der Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus erfordert die Beruumlcksichtigung des typischen Warmwasserbedarfs pro Person und Tag sowie Annahmen betreffend Gleichzeitigkeit
In der Literatur typischerweise angenommene Werte pro Person im Mehrfamilienhaus (siehe TABELLE 2) haumlngen von der Art des Wohnbaus sowie der jeweiligen Ausstattung ab Die typischen Zapfstellen umfassen Badewannen Brausen Waschtische (jeweils 45 degC) sowie Kuumlchenspuumllen (60 degC) Im Vergleich dazu wird in Buumlrogebaumluden uumlblicherweise mit einem niedrigeren Warmshywasserbedarf (10 ndash 40 lPerson und Tag) und durchgaumlngig niedrigeren Temperaturen (45 degC) gerechnet
Fuumlr die Planung wird uumlblicherweise mit einer Systemtemperatur von 60 degC sowie mit einer Kaltwassertemperatur von 10 degC gerechnet Zusaumltzlich werden Annahmen zum Bedarf von LiterPerson und Tag getroffen
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999
In uumlblichen Planungsrichtlinien wird ua auf eine Leitungsfuumlhrung auf dem kuumlrzesten Weg zwishyschen Wassererwaumlrmer und Zapfstellen ebenso wie auf die bdquonicht zu groszligzuumlgigeldquo Dimensionie-rung der Leitungen9 und eine durchgaumlngige Waumlrmedaumlmmung der Rohrleitungen inkl der Armaturen und Verbindungen hingewiesen
Die Dimensionierung der Leitungen haumlngt von der maximalen Entnahmeleistung pro Minute (ca 15 lMinute) sowie von Annahmen zur Gleichzeitigkeit des Bedarfs ab
Hierfuumlr werden Gleichzeitigkeitskurven angenommen welche uumlblicherweise den Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten bzw waumlhrend einer Stunde abbilden und jeweils mit der Anzahl der Wohneinheiten abnehmen Aktuelle Feldmessungen (Fenz 2012) zeigen dass in einigen Faumlllen die tatsaumlchliche Gleichzeitigkeit steiler abfaumlllt als in typischen Kurven angenommen und somit die eingesetzte Rohrdimension zu groszlig ist was zu zusaumltzlichen Waumlrmeverlusten fuumlhrt
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shy
9 In der Praxis sind haumlufig uumlberdimensionierte Systeme anzutreffen da sowohl bei der Planung als auch bei der Ausfuumlhrung noch Planungsreserven beruumlcksichtigt werden
11
70
60
50
40
30
20
10
Prozentuale Gleichzeitigkeit
0
4 Baumlder 20 Baumlder 100 Baumlder 500 Baumlder
Anzahl installierter Baumlder
Spitzenbedarf waumlhrend 1 Stunde oberer Bereich
Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten unterer Bereich
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
12
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999
Lastprofile fuumlr Warmwasser zeigen typischerweise tagesbezogene Unterschiede (Werktag Samstag Sonn- und Feiertag) (AGCS 2002) Typische Spitzen sind in den Morgen- und Abendshystunden zu erwarten Ausnahmen bilden die Lastprofile fuumlr SchichtarbeiterInnen haushaltsshyfuumlhrende Personen oder gibt es waumlhrend der Urlaubszeit
32 Systemarten
Die Waumlrme- und Warmwasserversorgung in Mehrfamilienhaumlusern kann uumlber verschiedene Arten erfolgen welche sich im Grad der Zentralisierung unterscheiden Die derzeit gaumlngigste Variante in Bestandsgebaumluden ist die zentrale Warmwasserversorgung mittels 4-Leiter-System Auch dezentrale Warmwasserbereitung mittels elektrischen oder gasbetriebenen Durchlauferhitzern ist weit verbreitet
Das Warmwasser-Verteilsystem kann je nach Systemdesign aus drei unterschiedlichen Leitungsshytypen bestehen Diese Leitungstypen unterscheiden sich dabei vor allem in der Rohrdimension Rohrlaumlnge bzw Verlegedichte aber auch durch die Positionierung und Leitungsfuumlhrung in der Gebaumludehuumllle Es wird unterschieden zwischen
Verteilleitungen Steigleitungen und
Anbindeleitungen
Warmwasserbereitung
gebaumludeshyzentral
Zentrale Versorgung
sehr haumlufig
wohnungszentral10
selten
dezentrale Versorgung
haumlufig
Heizung wohnungszentral
Gaskessel
kommt praktisch nicht vor
Gasetagenheizung Gastherme
haumlufig
Gaskessel Durchlauferhitzer
eher selten
dezentral
ndash Elektrospeicherheizung zentr Elektrospeicher
Elektrospeicherheizung Durchlauferhitzer
Sozialer Wohnbau sehr selten selten
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KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten von Systemdesigns der Warmwasservershysorgung in Mehrfamilienhaumlusern
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Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012
321 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Bei dieser Variante der zentralen Warmwasserversorgung fuumlhren jeweils zwei Leitungspaare (Vor-und Ruumlcklauf) fuumlr Heizung und Warmwasser getrennt in jede Wohnung Daruumlber hinaus gibt es oft noch zusaumltzliche Zirkulationsleitungen11 bis knapp vor die jeweiligen Zapfstellen
4-Leiter System
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Warmwasser
Zirkulation
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
Kaltwasser
1 Energiespeicher 2 zentraler Brauchwasser-Speicher 3 Warmwasser 4 Raumheizung 5 Speicher-Ladestation (inkl Waumlrmetauscher amp 2 Pumpen) 6 Heizungsumwaumllzpumpe 7 Zirkulationspumpe
1
5 5
5
6
7
2
3 4
Abb 4 Schema bdquoZentrale Versorgung (4-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
10 Wohnungszentrale Warmwasserbereishytung mit zentraler Heizung entspricht der bdquoMischformldquo (2-Leiter-System) im Bericht
11 OumlNORM ndash B 5019 Zusaumltzliche Leitung die das Verteilsystem zwischen dem Ende einer Warmwasser-Verteilleitung und dem Warmwassershybereiter schlieszligt und damit einen staumlndigen Kreislauf des erwaumlrmshyten Trinkwassers ermoumlglicht sowie keine direkten Entnahmeshystellen beinhaltet Die Zirkulationsleitung kann aus mehreren Zirkulationsstraumlngen und Zirkulationssamshymelleitungen besteshyhen Leitungen die das erwaumlrmte Trinkwasser zu den Entnahmestelshylen transportieren sind keine Zirkulatishyonsleitungen
13
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
14
Vorteile Kostenvorteile bei den Investitionskosten bei zentralem Einkauf
des Brennstoffes und in der Wartung erfordert keinen Platzbedarf in der Wohnung die Haustechnik ist bdquounsichtbarldquo im Technikraum hoher Komfort keine Beeinflussung der Schuumlttleistung12 durch
andere Zapfstellen in der Wohnung Energietraumlgerwechsel bzw Einbindung erneuerbarer Energie oder
Fernwaumlrme sind in der Regel ohne Aumlnderungen am Verteilsystem moumlglich ein zentraler Speicher weist weniger Speicherverluste auf als eine
Vielzahl kleiner Speicher (Verhaumlltnis Oberflaumlche zu Volumen) optimierte Systemdesigns fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasser
durch getrennte Speicher und ev Bereitstellung
Nachteile zusaumltzliche Energieaufwaumlnde Verluste und auch Kosten minusdurch laumlngere Leitungen minusdurch die Vorschriften zu den erforderlichen Mindesttemperaturen (geregelt in der
OumlNORM B 5019 ndash bdquoLegionellen-Normldquo) und daraus resultierende houmlhere Verantshywortung fuumlr die BetreiberInnen
322 Mischform (2-Leiter-System) Die sogenannten Wohnungsstationen stellen eine Mischform aus zentraler und dezentraler Versorgung dar Hier erfolgt die Waumlrmebereitstellung zentral die Warmwasserbereitung jedoch erst dezentral auf Wohnungsebene Als Option kann in den Wohnungen noch ein Tagesspeicher vorgesehen werden
2-Leiter System
1 Ruumlckschlagventil 2 Waumlrmetauscher im Solarkreis 3 3-Wegeshyventil 4 Solarkollektor 5 Umwaumllzpumpe im Solarkreis 6 Umwaumllzpumpe im Heizkreis 7 Waumlrmetauscher zur Speichershyladung 8 Raumheizung 9 Tagesspeicher (ca 150l)
8
11
1
5
5
2
4
6 3
3
7
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf
Warmwasser
Kaltwasser
WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
9
16
Abb 5 Schema bdquoMischform (2-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
12 Wasservolumen pro Zeit
Vorteile kein Platzbedarf in den Wohnungen fuumlr Speicher bzw Warmwasserbereiter Kostenvorteile bei zentralem Brennstoffeinkauf und Wartung anlassbezogene Warmwasserbereitung nur bei Zapfung reduzierte Bereitschaftsverluste reduzierte Verteilverluste aufgrund von geringeren Leitungslaumlngen
(keine Zirkulationsleitungen erforderlich) bdquoLegionellen-Normldquo (und damit hohe Systemtemperaturen) gilt nicht erhoumlhte Gesamteffizienz durch niedrige Ruumlcklauftemperaturen
fuumlr optimierten Betrieb von Solaranlagen und Brennwertkessel
Nachteile Vorlauftemperaturen nicht optimiert fuumlr Heizbetrieb
(va relevant beim Einsatz von Waumlrmepumpen) groumlszligere Durchmesser der Steig- und Verteilleitungen erforderlich
(Platzbedarf Leitungsverluste steigen) eventuelle Komforteinbuszligen bei gleichzeitiger Wasserentnahme
an verschiedenen Zapfstellen in der Wohnung zusaumltzlich hohe Kosten fuumlr die Wohnungsstationen (ca 1200 EURO pro Station)
323 Dezentrale Versorgung Dezentrale Warmwasserversorgung bedeutet Warmwasserbereitung am Ort des Bedarfs Dies kann entweder direkt bei der jeweiligen Zapfstelle sein oder aber an einem zentralen Ort innerhalb einer Wohnung in diesem Fall gibt es lediglich Anbindungsleitungen zu den Zapfstellen
In den meisten Faumlllen kommen als dezentrale Varianten Strom- oder Gasdurchlauferhitzer oder Warmwasserboiler zur Anwendung Bei Passivhaumlusern koumlnnen auch Luumlftungswaumlrmepumpen mit integrierter Warmwasserbereitung zum Einsatz kommen
Im Gegensatz zu zB Gasthermen fallen bei der direkten Waumlrmebereitstellung aus Strom nahezu keine Umwandlungsverluste an Allerdings muss Strom selbst erst durch Umwandlung bereitgestellt werden Dieser Umwandlungsprozess ist oft auch mit hohen Verlusten behaftet Ein korrekter Vergleich verschiedener Alternativen muumlsste uumlber den sogenannten Primaumlrener-gieeinsatz erfolgen Der Einsatz von Strom zur Bereitstellung von Warmwasser kann somit unter folgenden Rahmenbedingungen empfohlen werden
Wenn Strom (vorwiegend) mittels erneuerbarer Energie (wenn moumlglich vor Ort) bdquoerzeugtldquo wurde
Wenn Strom zum Nachheizenzur Spitzenabdeckung verwendet wird und somit das System fuumlr niedrigere Temperaturen ausgelegt werden kann bzw zur Erfuumlllung von Hygieneanforderungen
Wenn es sich um wenig kompakte Bauwerke handelt wo mit uumlberproportionalen Verteilverlusten gerechnet werden muss und somit zu einer dezentralen Versor-gung geraten wird
Fuumlr einzelne Zapfstellen (zB Kuumlche) falls eine Rohrverlegung unverhaumlltnismaumlszligig erscheint oder bei denen nur wenig Warmwasser benoumltigt wird
Waumlrmepumpen sollten nur dann zum Einsatz kommen wenn die Jahresarbeitszahl jedenfalls houmlher ist als der Primaumlrenergiefaktor des eingesetzten Stroms
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
15
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
16
Dezentrales System
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN
Verteilung -bzw Bereitstellungs
technologie
Gas
Strom
Ja
Nein
Zentrale Versorgung
Ja
Nein13
Mischform Dezentrale
Versorgung
Ja (Durchlauferhitzer Kombitherme)
Ja
Solarthermie Ja Ja Nein
Waumlrmepumpe Quelle ErdeWasser
Luftwaumlrmepumpe
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja (Luumlftungs-Kombination)
Biomasse Ja Ja Nein
Fernwaumlrme Ja Ja Nein
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Vorteile verbrauchsnahe Waumlrmeerzeugung dh kurze Leitungslaumlngen und geringe Verteilverluste geringerer Wasserverbrauch durch rasches Erreichen der gewuumlnschten Temperatur bedarfsbezogene Warmwasserbereitung weniger Bereitschaftsverluste Entfall von Verteil- und Steigleitungen (reduziert Investitionskosten und Verteilverluste)
Nachteile bdquoSichtbarkeitldquo der Haustechnik in der Wohnung
Platzbedarf und damit verbundene Kosten (jeder Quadratmeter zaumlhlt im urbanen Geschoszligwohnbau)
beschraumlnkte Moumlglichkeit der Nutzung von erneuerbaren Energietraumlgern
Einsatz von hohen Leistungen pro Wohnung erforderlich (Teillastbetrieb eventuelle Beschraumlnkungen bei der Zulaumlssigkeit der Nutzung von Strom-Loumlsungen)
33 Uumlbersicht Verteilsysteme
Nicht jede Technologie-Quelle eignet sich fuumlr jedes Verteilsystem Folgende Tabelle fasst die prinzipiellen Moumlglichkeiten zusammen
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN
13 Ausgenommen elektshyrische Nachheizung
17
-
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
18
14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
shyshy shy shy
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Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
shy
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
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30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
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Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
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34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
shy
shy
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
ABKUumlRZUNGSVERZEICHNIS
COP Coefficient of Performance EU-ETS Europaumlischer Emissionshandel (European Emission Trading System) JAZ Jahresarbeitszahl PE Primaumlrenergie PEF Primaumlrenergiefaktor PV Photovoltaik WP Waumlrmepumpe
IMPRESSUM
Medieninhaberin und Herausgeberin Magistrat der Stadt Wien Magistratsabteilung 20 ndash Energieplanung Strategische Gesamtkoordination DI Herbert Ritter und Ingin Ursula Heumesser Magistratsabteilung 20 ndash Energieplanung wwwenergieplanungwienat Erstellt durch Allplan GmbH Redaktions- und Abstimmungsteam Thomas Kreitmayer MSc (MA 20) DI (FH) Felix Groth (MA 25) DI (FH) Nikolaus Rohrer (MA 25) DI Martin Houmlller ( Wien Energie) Designkonzept Illustration Layout Typejockeys Wien wwwtypejockeysat Lektorat Veronika Kofler Druck agensketterl Druck GmbH wwwdiedruckerbiz Gedruckt auf Impact von Lenzing Papier (CO2 neutral 100 rezyklierte Fasern)
Verlags- und Herstellungsort Wien Februar 2016
ndash
Warm wasser effizient bereitstellen
Projektleiterin Maga DIin Manuela Farghadan
ProjektmitarbeiterInnen Michael Feichtinger BSc Mario Houmlld BSc Michael Jelencsits BSc DIin (FH) Andrea Kohlhauser DI (FH) Andreas Litzellachner
fuumlr Magistrat der Stadt Wien Magistratsabteilung 20 ndash Energieplanung Amerlingstrasse 11 1060 Wien
Wien im Februar 2016
AUFTRAGGEBERIN Magistratsabteilung 20 - Energieplanung
INHALTSVERZEICHNIS
Vorwort Maria Vassilakou 5 1 ENERGIEEINSATZ ZUR WARMWASSERBEREITUNG 6
11 Hintergrund6 12 Status Quo Wien 7
2 SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN 8 3 ARTEN DER WARMWASSERVERSORGUNG IM WOHNBAU11
31 Systemdimensionierung 11 32 Systemarten 12 321 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) 13 322 Mischform (2-Leiter-System) 14 323 Dezentrale Versorgung 15 33 Uumlbersicht Verteilsysteme 17
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ18 41 Definition Energieeffizienz 18 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo 21 421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) 21 422 Mischform 2-Leiter-System 21 423 Dezentrale Versorgung 21 424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser 21 425 Empfehlungen 22 426 Wirtschaftliche Betrachtung 22 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung 23 431 Ansatzpunkte Leitungsnetze 23 432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie 25 433 Innovative Loumlsungen 26 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern 28 441 Arten von Speichern 28 442 Waumlrmeverluste von Speichern 30 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung 32 451 Wasser sparen 32 452 Optimiertes NutzerInnenverhalten 32 453 Energieeffiziente Armaturen 32 454 Waumlrmeruumlckgewinnung 34 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung 36 461 Heizkessel 37 462 Solarthermie 37 463 Waumlrmepumpen 40 464 Photovoltaik 41
5 ANHANG 44 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis 44 511 Hygienerelevante Vorschriften 44 512 Oumlkodesign-Richtlinie 45 513 Wiener Bauordnung 45 514 Uumlbersicht Normen 46 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis 47 53 Literatur 48
VORWORT MARIA VASSILAKOU
Warmwasser ndash ein unbeachteter Energieverbraucher
Rund 80 des Energieverbrauchs von privaten Haushalten wird fuumlr die Raumwaumlrme- und Warmwasserproduktion eingesetzt Wobei der Energieverbrauch der fuumlr das Heizen aufgewendet wird den Energieverbrauch fuumlr die Warmwasserbereitung noch bei Weitem uumlbersteigt Ein Grund vielleicht warum die Warmwasserbereitstellung bisher unzureichend Beachtung fand Jedoch zu unrecht Das Thema verdient mehr Aufmerksamkeit wenn es darum geht die Energiebilanz von Gebaumluden zu verbessern Denn grundsaumltzlich stecken in der Warmwasserbereitung hohe Einsparpotenziale Vor allem dann wenn bereits bei der Planung das geeignete System beruumlcksichtigt wird Aber nicht nur im Neubau sondern auch bei Bestandsbauten lassen sich hohe Einsparungen erzielen
Der vorliegende Leitfaden zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten fuumlr eine effiziente Bereitstellung von Warmwasser in Wohnhausanlagen Er gibt eine Orientierung welches System fuumlr welches Objekt am besten geeignet ist Dabei werden drei Warmwassersysteme einander gegenuumlbergestellt und die Vor- und Nachteile abgewogen Betrachtet werden die zentrale Versorgung (4-Leiter-System) die dezentrale Versorgung und eine Mischform (2-Leiter-System mit Wohnungsstationen)
Erfolgreiche Umsetzungsbeispiele zeigen wie eine effiziente Warmwasserbereitung gelingen kann Demgegenuumlber sind auch negative Beispiele angefuumlhrt die verdeutlichen welche Stolpersteine es bei der Umsetzung zu beachten gibt
Nach wie vor steht bei der Warmwasserversorgung von Wohnhausanlagen hoher Komfort an erster Stelle Sowohl wassersparende Armaturen als auch effizientes NutzerInnenverhalten (duschen statt baden) sind zwar meist bekannt stehen allerdings oft im Widerspruch zu spontanen Beduumlrfnissen Durch vorausschauende Planung und optimierte Betriebsfuumlhrung kann ein effizientes Warmwassersystem einen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung leisten
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VORWORT Warmwasser effizient bereitstellen
Magordf Maria Vassilakou Vizebuumlrgermeisterin der Stadt Wien amtsfuumlhshyrende Stadtraumltin fuumlr Stadtentwicklung Verkehr Klimaschutz Energieplanung und BuumlrgerInnenbeteiligung
Magordf Maria Vassilakou
1 ENERGIEEINSATZ ZUR WARMWASSERBEREITUNG
11 Hintergrund
Fuumlr eine langfristig nachhaltige Energieversorgung gilt es zwei zentrale Themen zu beruumlcksichti-gen den menschlichen Anteil zum globalen Treibhauseffekt sowie die langfristige Sicherung der Energieressourcen
Die oft zitierten 20-20-20-Ziele der Europaumlischen Union zielen auf
Erhoumlhung der erneuerbaren Energietraumlger (Oumlsterreich 34 des Bruttoendenergieverbrauchs)
Reduktion der Treibhausgasemissionen (Oumlsterreich 21 im EU-ETS-Sektor 16 in den uumlbrigen Sektoren gegenuumlber 2005) sowie auf
eine Erhoumlhung der Energieeffizienz um 20 bis 2020 ab
Auf europaumlischer Ebene wurden auch langfristige Ziele (minus 40 Treibhausgasemissionen gegenuumlber 1990 Erhoumlhung auf 27 erneuerbarer Energietraumlger sowie +27 Energieeffizienz) bis 2030 vereinbart
Generell gilt die Maxime Jede kWh die durch Energieeffizienz eingespart wird muss nicht erst erzeugt werden
Rund ein Viertel des oumlsterreichischen Endenergieverbrauches (2013 1119 PJ) entfallen auf den Sektor Haushalte wobei rund 80 davon den Bereichen Raumwaumlrme und Warmwasser zuzurechnen sind (Statistik Austria 2013)
Gegenwaumlrtig uumlbersteigen die Aufwendungen fuumlr Heizung noch bei Weitem jene fuumlr Warmwas-ser ndash allerdings verschiebt sich die Gewichtung immer mehr Richtung Warmwasser wenn man beruumlcksichtigt dass Gebaumlude immer besser gedaumlmmt werden Bei einem Passiv- bzw Niedrigstenergiehaus uumlbertreffen bereits heute die Aufwendungen fuumlr Warmwasserbereitung jene fuumlr Heizung Auch bei zu sanierenden Gebaumluden schiebt sich die Frage der effizienten Warmwasserbereitung immer mehr in den Fokus der Uumlberlegungen
Nach wie vor zaumlhlen bei der Warmwasserversorgung von Mehrfamilienhaumlusern va hoher Komfort (Wasser in gewuumlnschter Menge und Temperatur moumlglichst ohne Wartezeit) kostenoptimierte Loumlsungen (insbesondere was laufende Kosten1 betrifft) aber auch aumlsthetische Gesichtspunkte (Haustechnik soll moumlglichst nicht sichtbar sein) Sowohl wassersparende Armaturen als auch bdquoeffizientes NutzerInnenverhaltenldquo wie zB bdquoduschen statt badenldquo sind zwar meist bekannt allerdings stehen diese oft im Widerspruch zu jeweils spontanen Beduumlrfnisse sowie zum Trend bdquoWellness im eigenen Badezimmerldquo
Hier gilt es durch vorausschauende Planung und optimierte Betriebsfuumlhrung dennoch einen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung zu leisten
1 Dieser Aspekt findet haumlufig zu wenig Beruumlcksichtigung da laufende Kosten nicht vom Errichter sondern vom spaumlteren Nutzer getragen werden
KAPITEL 1Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
Technologieleitfaden Warmwasser
6
KAPITEL 1Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
Technologieleitfaden Warmwasser
12 Status Quo Wien
In Wien wurden im Jahr 2012 rund 7 PJ (1970 GWh) fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzt Das entspricht rund 16 des Gesamtendenergiebedarfs der Wiener Haushalte (Statistik Austria 2013)
2012 Anteile der Energietraumlger
Sonstige 3
Fernwaumlrme 32
Elektrische Energie 16
Naturgas 49
7
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013
Rund die Haumllfte der Energie stammt vom Energietraumlger Gas ein Drittel der Energie liefert in Wien die Fernwaumlrme
Das Fernwaumlrmenetz in Wien besteht aus rund 1200 km Rohrleitungen zaumlhlt zu den groumlszligten Fernwaumlrmenetzen Europas und versorgt rund 330000 Wohnungen und 6500 GroszligkundInshynen (Wien Energie GmbH 2013) Die Waumlrmeerzeugung der Fernwaumlrme Wien erfolgt zu einem Groszligteil aus Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen sowie aus Abwaumlrme der Industrie Zusaumltzlich wird rund ein Drittel der benoumltigten Waumlrme durch Muumlllverbrennungs- bzw Biomasseanlagen bereitgestellt Die Waumlrmeuumlbergabe an ein Mehrfamilienhaus geschieht durch eine sogenannte Hausstation (Waumlrmetauscher)
Bei Nutzung des Energietraumlgers Erdgas sind bezuumlglich der Warmwasserbereitung sowohl zentrale als auch dezentrale Ausfuumlhrungen uumlblich Zu den eingesetzten Geraumltetypen zaumlhlen Durchlauferhitzer Kombithermen Gas-Warmwasserspeicher und Brennwertgeraumlte
Der Anteil erneuerbarer Energie zur Warmwasserbereitung ist gegenwaumlrtig noch sehr gering Aktuell tragen in Wien im Bereich der privaten Haushalte Waumlrmepumpen mit rund 003 PJ (8 GWh) solarthermische Anlagen mit 006 PJ (16 GWh) zur Energieaufbringung fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasserbereitung bei Beide Werte sind jeweils noch unter 1 des relevanten Energieeinsatzes zur Warmwasserbereitung und liegen deutlich unter dem oumlsterreichischen Durchschnitt
2 SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN
Bereitstellung ndash Verteilung ndash Nutzung
Bei jedem Versuch der energetischen Optimierung der Warmwasserbereitung ist eine Gesamtsicht auf die Bereiche Bereitstellung ndash Verteilung ndash Nutzung erforderlich Zusaumltzlich ergeben sich ndash bei gegebenen Randbedingungen ndash auch jeweils innerhalb eines Systems Moumlg-lichkeiten zur Verbesserung Es ist jedoch festzuhalten dass es keine pauschale Aussage uumlber das bdquobeste Systemldquo gibt da dies von den jeweiligen oumlrtlichen Gegebenheiten (zB Anschluss an das Fernwaumlrmenetz Moumlglichkeit zur Nutzung von Erdwaumlrme oder Grundwasser) aber auch vom konkreten Betrieb bzw NutzerInnenverhalten abhaumlngt
Insgesamt ist es erforderlich die Effizienz der Warmwasserbereitung zusammen mit jener der Gebaumludeheizung zu betrachten da diese in vielen Faumlllen gemeinsam geloumlst wird bzw sich die Systeme zumindest beeinflussen
Zum Thema bdquobestes Systemdesignldquo in Hinblick auf energieeffiziente Warmwasserversorgung koumlnnen folgende Schlussfolgerungen gezogen werden
Bezogen auf die Summe aller Verluste schneiden dezentrale Loumlsungen (Warmwasser wird dort erzeugt wo es benoumltigt wird) am besten ab
Generell schneiden 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstationen2 in Hinblick auf die Ver-teilverluste energetisch besser ab als 4-Leiter-Systeme3 was vor allem auf geringere Leitungslaumlngen zuruumlckzufuumlhren ist
Um erneuerbare Energien im Mehrfamilienhausbereich einbinden zu koumlnnen sollten ndash bis auf die Ausnahmen der Kombination mit Photovoltaik und Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern ndash zentrale Loumlsungen4 bevorzugt werden Eine Ausnahme bilden weit verzweigte einzelne Abnehmer zB bei Reihenhaumlusern wo weiterhin zu dezentralen Loumlsungen geraten wird
Speziell bei Waumlrmepumpen ist ein effizienter Betrieb durch Trennung von Warm-wasserbereitung und Heizung zu erreichen Fuumlr diese Technologie sind die Vorteile der optimierten Erzeugung (4-Leiter-System) den Vorteilen der geringeren Verluste (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu beurteilen Wenn 2-Leiter-Systeme eingesetzt werden sollen so sind Loumlsungen mit niedrigen Systemtemperaturen und elektrischer Nachheizung zu bevorzugen
Aufgrund der Houmlhe der Verteilverluste (Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleitungen) bei zentralen Loumlsungen wird dringend angeraten bereits in der Planungsphase saumlmtliche Leitungslaumlngen zu optimieren und Verteilleitungen uumlber das geforderte5 Maszlig hinaus zu daumlmmen sowie die Moumlglichkeit der Nutzung von Inliner-Systemen6 zu erwaumlgen
Verluste bei der Waumlrmebereitstellung stellen bei zentralen Varianten den zweithoumlchsten Verlustanteil dar und koumlnnen durch eine intelligente Technologieauswahl und -optimie-rung reduziert werden (optimierte Auslegung Abstimmung der Warmwasser- Heizung- und Speicherkombinationen und regelungstechnische Einbindung laufendes Monitoring)
Hilfsenergie (Pumpen) und Speicherverluste nehmen eine untergeordnete Rolle ein Op-timierungen bei bestehenden (alten) Systemen (Pumpentausch zusaumltzliche Daumlmmungen bei Speichern) koumlnnen allerdings sehr wohl zu nennenswerten Einsparungen fuumlhren
2 Zentrale Waumlrmebereit-stellung fuumlr Heizung und Warmwasser Warmwasserbereitung dezentral
3 Zentrale Bereitstellung von Warmwasser und vom Heizungsvorlauf getrennte Verteilung
4 2-Leiter oder 4-Leiter-Systeme
5 Uumlber die in der OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken
6 Warmwasser- und Zirkulationsleitung in einem Rohr
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
8
-
-
2-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
4-Leiter System
HEIZENERGIE-BEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwasser-waumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnik-energiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 ca 13 Verteilungs-
verluste verluste
ca 5 Abgabe-Speicher-Hilfsenergie-verluste
ca 8
verluste
Bereitstellungs-
ca 10
bedarf
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
shy
7 Der Warmwassershywaumlrmebedarf ist als
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen (oben) und 4-Leiter-Systemen (unten)7 flaumlchenbezogener De-
Quelle Darstellung ALLPLAN faultwert (127 kWh msup2a) gemaumlszlig OumlNORM 8110-5 festgelegt Er entspricht ca dem
Begriffsdefinitionen Wert wenn ein Liter Wasser um ca 30 degC (also beispielsweise
Warmwasserwaumlrmebedarf Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenverhalten von 8 degC auf 38 degC) erwaumlrmt wird Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleitungen
Bereitstellungsverluste Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten 8 Der Nutzungsgrad Technologie und vom Jahresnutzungsgrad8 beschreibt den Anteil
der im Energietraumlger Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher gespeicherten Energie
Abgabeverluste Verluste durch ungenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser der auch tatsaumlchlich
Hilfsenergiebedarf zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrmeshyenergie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
9
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KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
10
Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
Da aufgrund der hohen Verteilverluste vor allem bei 4-Leiter-Systemen annaumlhernd die doppelte Menge an Energie bereitgestellt werden muss kommt dem warmwassersparenden NutzerInshynenverhalten und auch den verwendeten Armaturen eine zentrale Rolle zu Installationsseitig koumlnnen Einsparungen va durch Strahlregler erzielt werden auch die Abwaumlrmenutzung aus dem Abwasser stellt eine Moumlglichkeit der Optimierung dar
Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung und ihre Anwendbarkeit in den drei Systemen werden in folgender Abbildung dargestellt
Dezentrale Versorgung Mischform
2-Leiter Systeme Zentrale Versorgung
4-Leiter Systeme
Energiesparende Armaturen einsetzen
Informationen zu Warmwasser sparenden NutzerInnenverhalten verteilen
Leitungslaumlngen optimieren (va bei zentraler Waumlrmebereitstellung)
Nach Moumlglichkeit dezentrale Abwaumlrme nutzen (zB dezentrale Waumlrmetauscher in Duschtassen)
Zusaumltzliche Daumlmmung der Verteilnetze
Nach Moumlglichkeit Systemshytemperaturen senken
Inliner-Systeme fuumlr Zirkulationsleitungen
(siehe Seite 27)
Nach Moumlglichkeit zentrale Abwaumlrmenutzung einsetzen (zB zentrale Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser)
Hydraulischer Abgleich Nutzung hocheffizienter Pumpen
Zusaumltzliche Daumlmmung des Warmwasserspeichers
Einbindung PV (Stromloumlsungen)
Einbindung PV (Stromloumlsungen) Nutzung Solarthermie Waumlrmepumpe Biomasse
Tab 1 Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung Quelle Darstellung ALLPLAN
LiterPerson und Tag (bei 60 degC)
Sozialer Wohnbau
Normaler Komfort
20 Liter
Mittlerer Komfort
40 Liter
Hoher Komfort
40 Liter
Allgemeiner Wohnbau 30 Liter 50 Liter 50 Liter
Gehobener Wohnbau 40 Liter 60 Liter 70 Liter
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
3 ARTEN DER WARMWASSERVERSORGUNG IM WOHNBAU
31 Systemdimensionierung
Die Planung der Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus erfordert die Beruumlcksichtigung des typischen Warmwasserbedarfs pro Person und Tag sowie Annahmen betreffend Gleichzeitigkeit
In der Literatur typischerweise angenommene Werte pro Person im Mehrfamilienhaus (siehe TABELLE 2) haumlngen von der Art des Wohnbaus sowie der jeweiligen Ausstattung ab Die typischen Zapfstellen umfassen Badewannen Brausen Waschtische (jeweils 45 degC) sowie Kuumlchenspuumllen (60 degC) Im Vergleich dazu wird in Buumlrogebaumluden uumlblicherweise mit einem niedrigeren Warmshywasserbedarf (10 ndash 40 lPerson und Tag) und durchgaumlngig niedrigeren Temperaturen (45 degC) gerechnet
Fuumlr die Planung wird uumlblicherweise mit einer Systemtemperatur von 60 degC sowie mit einer Kaltwassertemperatur von 10 degC gerechnet Zusaumltzlich werden Annahmen zum Bedarf von LiterPerson und Tag getroffen
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999
In uumlblichen Planungsrichtlinien wird ua auf eine Leitungsfuumlhrung auf dem kuumlrzesten Weg zwishyschen Wassererwaumlrmer und Zapfstellen ebenso wie auf die bdquonicht zu groszligzuumlgigeldquo Dimensionie-rung der Leitungen9 und eine durchgaumlngige Waumlrmedaumlmmung der Rohrleitungen inkl der Armaturen und Verbindungen hingewiesen
Die Dimensionierung der Leitungen haumlngt von der maximalen Entnahmeleistung pro Minute (ca 15 lMinute) sowie von Annahmen zur Gleichzeitigkeit des Bedarfs ab
Hierfuumlr werden Gleichzeitigkeitskurven angenommen welche uumlblicherweise den Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten bzw waumlhrend einer Stunde abbilden und jeweils mit der Anzahl der Wohneinheiten abnehmen Aktuelle Feldmessungen (Fenz 2012) zeigen dass in einigen Faumlllen die tatsaumlchliche Gleichzeitigkeit steiler abfaumlllt als in typischen Kurven angenommen und somit die eingesetzte Rohrdimension zu groszlig ist was zu zusaumltzlichen Waumlrmeverlusten fuumlhrt
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shy
9 In der Praxis sind haumlufig uumlberdimensionierte Systeme anzutreffen da sowohl bei der Planung als auch bei der Ausfuumlhrung noch Planungsreserven beruumlcksichtigt werden
11
70
60
50
40
30
20
10
Prozentuale Gleichzeitigkeit
0
4 Baumlder 20 Baumlder 100 Baumlder 500 Baumlder
Anzahl installierter Baumlder
Spitzenbedarf waumlhrend 1 Stunde oberer Bereich
Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten unterer Bereich
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
12
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999
Lastprofile fuumlr Warmwasser zeigen typischerweise tagesbezogene Unterschiede (Werktag Samstag Sonn- und Feiertag) (AGCS 2002) Typische Spitzen sind in den Morgen- und Abendshystunden zu erwarten Ausnahmen bilden die Lastprofile fuumlr SchichtarbeiterInnen haushaltsshyfuumlhrende Personen oder gibt es waumlhrend der Urlaubszeit
32 Systemarten
Die Waumlrme- und Warmwasserversorgung in Mehrfamilienhaumlusern kann uumlber verschiedene Arten erfolgen welche sich im Grad der Zentralisierung unterscheiden Die derzeit gaumlngigste Variante in Bestandsgebaumluden ist die zentrale Warmwasserversorgung mittels 4-Leiter-System Auch dezentrale Warmwasserbereitung mittels elektrischen oder gasbetriebenen Durchlauferhitzern ist weit verbreitet
Das Warmwasser-Verteilsystem kann je nach Systemdesign aus drei unterschiedlichen Leitungsshytypen bestehen Diese Leitungstypen unterscheiden sich dabei vor allem in der Rohrdimension Rohrlaumlnge bzw Verlegedichte aber auch durch die Positionierung und Leitungsfuumlhrung in der Gebaumludehuumllle Es wird unterschieden zwischen
Verteilleitungen Steigleitungen und
Anbindeleitungen
Warmwasserbereitung
gebaumludeshyzentral
Zentrale Versorgung
sehr haumlufig
wohnungszentral10
selten
dezentrale Versorgung
haumlufig
Heizung wohnungszentral
Gaskessel
kommt praktisch nicht vor
Gasetagenheizung Gastherme
haumlufig
Gaskessel Durchlauferhitzer
eher selten
dezentral
ndash Elektrospeicherheizung zentr Elektrospeicher
Elektrospeicherheizung Durchlauferhitzer
Sozialer Wohnbau sehr selten selten
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten von Systemdesigns der Warmwasservershysorgung in Mehrfamilienhaumlusern
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Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012
321 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Bei dieser Variante der zentralen Warmwasserversorgung fuumlhren jeweils zwei Leitungspaare (Vor-und Ruumlcklauf) fuumlr Heizung und Warmwasser getrennt in jede Wohnung Daruumlber hinaus gibt es oft noch zusaumltzliche Zirkulationsleitungen11 bis knapp vor die jeweiligen Zapfstellen
4-Leiter System
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Warmwasser
Zirkulation
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
Kaltwasser
1 Energiespeicher 2 zentraler Brauchwasser-Speicher 3 Warmwasser 4 Raumheizung 5 Speicher-Ladestation (inkl Waumlrmetauscher amp 2 Pumpen) 6 Heizungsumwaumllzpumpe 7 Zirkulationspumpe
1
5 5
5
6
7
2
3 4
Abb 4 Schema bdquoZentrale Versorgung (4-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
10 Wohnungszentrale Warmwasserbereishytung mit zentraler Heizung entspricht der bdquoMischformldquo (2-Leiter-System) im Bericht
11 OumlNORM ndash B 5019 Zusaumltzliche Leitung die das Verteilsystem zwischen dem Ende einer Warmwasser-Verteilleitung und dem Warmwassershybereiter schlieszligt und damit einen staumlndigen Kreislauf des erwaumlrmshyten Trinkwassers ermoumlglicht sowie keine direkten Entnahmeshystellen beinhaltet Die Zirkulationsleitung kann aus mehreren Zirkulationsstraumlngen und Zirkulationssamshymelleitungen besteshyhen Leitungen die das erwaumlrmte Trinkwasser zu den Entnahmestelshylen transportieren sind keine Zirkulatishyonsleitungen
13
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
14
Vorteile Kostenvorteile bei den Investitionskosten bei zentralem Einkauf
des Brennstoffes und in der Wartung erfordert keinen Platzbedarf in der Wohnung die Haustechnik ist bdquounsichtbarldquo im Technikraum hoher Komfort keine Beeinflussung der Schuumlttleistung12 durch
andere Zapfstellen in der Wohnung Energietraumlgerwechsel bzw Einbindung erneuerbarer Energie oder
Fernwaumlrme sind in der Regel ohne Aumlnderungen am Verteilsystem moumlglich ein zentraler Speicher weist weniger Speicherverluste auf als eine
Vielzahl kleiner Speicher (Verhaumlltnis Oberflaumlche zu Volumen) optimierte Systemdesigns fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasser
durch getrennte Speicher und ev Bereitstellung
Nachteile zusaumltzliche Energieaufwaumlnde Verluste und auch Kosten minusdurch laumlngere Leitungen minusdurch die Vorschriften zu den erforderlichen Mindesttemperaturen (geregelt in der
OumlNORM B 5019 ndash bdquoLegionellen-Normldquo) und daraus resultierende houmlhere Verantshywortung fuumlr die BetreiberInnen
322 Mischform (2-Leiter-System) Die sogenannten Wohnungsstationen stellen eine Mischform aus zentraler und dezentraler Versorgung dar Hier erfolgt die Waumlrmebereitstellung zentral die Warmwasserbereitung jedoch erst dezentral auf Wohnungsebene Als Option kann in den Wohnungen noch ein Tagesspeicher vorgesehen werden
2-Leiter System
1 Ruumlckschlagventil 2 Waumlrmetauscher im Solarkreis 3 3-Wegeshyventil 4 Solarkollektor 5 Umwaumllzpumpe im Solarkreis 6 Umwaumllzpumpe im Heizkreis 7 Waumlrmetauscher zur Speichershyladung 8 Raumheizung 9 Tagesspeicher (ca 150l)
8
11
1
5
5
2
4
6 3
3
7
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf
Warmwasser
Kaltwasser
WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
9
16
Abb 5 Schema bdquoMischform (2-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
12 Wasservolumen pro Zeit
Vorteile kein Platzbedarf in den Wohnungen fuumlr Speicher bzw Warmwasserbereiter Kostenvorteile bei zentralem Brennstoffeinkauf und Wartung anlassbezogene Warmwasserbereitung nur bei Zapfung reduzierte Bereitschaftsverluste reduzierte Verteilverluste aufgrund von geringeren Leitungslaumlngen
(keine Zirkulationsleitungen erforderlich) bdquoLegionellen-Normldquo (und damit hohe Systemtemperaturen) gilt nicht erhoumlhte Gesamteffizienz durch niedrige Ruumlcklauftemperaturen
fuumlr optimierten Betrieb von Solaranlagen und Brennwertkessel
Nachteile Vorlauftemperaturen nicht optimiert fuumlr Heizbetrieb
(va relevant beim Einsatz von Waumlrmepumpen) groumlszligere Durchmesser der Steig- und Verteilleitungen erforderlich
(Platzbedarf Leitungsverluste steigen) eventuelle Komforteinbuszligen bei gleichzeitiger Wasserentnahme
an verschiedenen Zapfstellen in der Wohnung zusaumltzlich hohe Kosten fuumlr die Wohnungsstationen (ca 1200 EURO pro Station)
323 Dezentrale Versorgung Dezentrale Warmwasserversorgung bedeutet Warmwasserbereitung am Ort des Bedarfs Dies kann entweder direkt bei der jeweiligen Zapfstelle sein oder aber an einem zentralen Ort innerhalb einer Wohnung in diesem Fall gibt es lediglich Anbindungsleitungen zu den Zapfstellen
In den meisten Faumlllen kommen als dezentrale Varianten Strom- oder Gasdurchlauferhitzer oder Warmwasserboiler zur Anwendung Bei Passivhaumlusern koumlnnen auch Luumlftungswaumlrmepumpen mit integrierter Warmwasserbereitung zum Einsatz kommen
Im Gegensatz zu zB Gasthermen fallen bei der direkten Waumlrmebereitstellung aus Strom nahezu keine Umwandlungsverluste an Allerdings muss Strom selbst erst durch Umwandlung bereitgestellt werden Dieser Umwandlungsprozess ist oft auch mit hohen Verlusten behaftet Ein korrekter Vergleich verschiedener Alternativen muumlsste uumlber den sogenannten Primaumlrener-gieeinsatz erfolgen Der Einsatz von Strom zur Bereitstellung von Warmwasser kann somit unter folgenden Rahmenbedingungen empfohlen werden
Wenn Strom (vorwiegend) mittels erneuerbarer Energie (wenn moumlglich vor Ort) bdquoerzeugtldquo wurde
Wenn Strom zum Nachheizenzur Spitzenabdeckung verwendet wird und somit das System fuumlr niedrigere Temperaturen ausgelegt werden kann bzw zur Erfuumlllung von Hygieneanforderungen
Wenn es sich um wenig kompakte Bauwerke handelt wo mit uumlberproportionalen Verteilverlusten gerechnet werden muss und somit zu einer dezentralen Versor-gung geraten wird
Fuumlr einzelne Zapfstellen (zB Kuumlche) falls eine Rohrverlegung unverhaumlltnismaumlszligig erscheint oder bei denen nur wenig Warmwasser benoumltigt wird
Waumlrmepumpen sollten nur dann zum Einsatz kommen wenn die Jahresarbeitszahl jedenfalls houmlher ist als der Primaumlrenergiefaktor des eingesetzten Stroms
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
15
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
16
Dezentrales System
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN
Verteilung -bzw Bereitstellungs
technologie
Gas
Strom
Ja
Nein
Zentrale Versorgung
Ja
Nein13
Mischform Dezentrale
Versorgung
Ja (Durchlauferhitzer Kombitherme)
Ja
Solarthermie Ja Ja Nein
Waumlrmepumpe Quelle ErdeWasser
Luftwaumlrmepumpe
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja (Luumlftungs-Kombination)
Biomasse Ja Ja Nein
Fernwaumlrme Ja Ja Nein
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Vorteile verbrauchsnahe Waumlrmeerzeugung dh kurze Leitungslaumlngen und geringe Verteilverluste geringerer Wasserverbrauch durch rasches Erreichen der gewuumlnschten Temperatur bedarfsbezogene Warmwasserbereitung weniger Bereitschaftsverluste Entfall von Verteil- und Steigleitungen (reduziert Investitionskosten und Verteilverluste)
Nachteile bdquoSichtbarkeitldquo der Haustechnik in der Wohnung
Platzbedarf und damit verbundene Kosten (jeder Quadratmeter zaumlhlt im urbanen Geschoszligwohnbau)
beschraumlnkte Moumlglichkeit der Nutzung von erneuerbaren Energietraumlgern
Einsatz von hohen Leistungen pro Wohnung erforderlich (Teillastbetrieb eventuelle Beschraumlnkungen bei der Zulaumlssigkeit der Nutzung von Strom-Loumlsungen)
33 Uumlbersicht Verteilsysteme
Nicht jede Technologie-Quelle eignet sich fuumlr jedes Verteilsystem Folgende Tabelle fasst die prinzipiellen Moumlglichkeiten zusammen
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN
13 Ausgenommen elektshyrische Nachheizung
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KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
shyshy shy shy
shy
shy
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shy
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shy
Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
shy
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
22
20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
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-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
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Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
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45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
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Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
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Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
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shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
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Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
shy
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
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Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
ndash
Warm wasser effizient bereitstellen
Projektleiterin Maga DIin Manuela Farghadan
ProjektmitarbeiterInnen Michael Feichtinger BSc Mario Houmlld BSc Michael Jelencsits BSc DIin (FH) Andrea Kohlhauser DI (FH) Andreas Litzellachner
fuumlr Magistrat der Stadt Wien Magistratsabteilung 20 ndash Energieplanung Amerlingstrasse 11 1060 Wien
Wien im Februar 2016
AUFTRAGGEBERIN Magistratsabteilung 20 - Energieplanung
INHALTSVERZEICHNIS
Vorwort Maria Vassilakou 5 1 ENERGIEEINSATZ ZUR WARMWASSERBEREITUNG 6
11 Hintergrund6 12 Status Quo Wien 7
2 SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN 8 3 ARTEN DER WARMWASSERVERSORGUNG IM WOHNBAU11
31 Systemdimensionierung 11 32 Systemarten 12 321 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) 13 322 Mischform (2-Leiter-System) 14 323 Dezentrale Versorgung 15 33 Uumlbersicht Verteilsysteme 17
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ18 41 Definition Energieeffizienz 18 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo 21 421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) 21 422 Mischform 2-Leiter-System 21 423 Dezentrale Versorgung 21 424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser 21 425 Empfehlungen 22 426 Wirtschaftliche Betrachtung 22 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung 23 431 Ansatzpunkte Leitungsnetze 23 432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie 25 433 Innovative Loumlsungen 26 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern 28 441 Arten von Speichern 28 442 Waumlrmeverluste von Speichern 30 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung 32 451 Wasser sparen 32 452 Optimiertes NutzerInnenverhalten 32 453 Energieeffiziente Armaturen 32 454 Waumlrmeruumlckgewinnung 34 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung 36 461 Heizkessel 37 462 Solarthermie 37 463 Waumlrmepumpen 40 464 Photovoltaik 41
5 ANHANG 44 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis 44 511 Hygienerelevante Vorschriften 44 512 Oumlkodesign-Richtlinie 45 513 Wiener Bauordnung 45 514 Uumlbersicht Normen 46 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis 47 53 Literatur 48
VORWORT MARIA VASSILAKOU
Warmwasser ndash ein unbeachteter Energieverbraucher
Rund 80 des Energieverbrauchs von privaten Haushalten wird fuumlr die Raumwaumlrme- und Warmwasserproduktion eingesetzt Wobei der Energieverbrauch der fuumlr das Heizen aufgewendet wird den Energieverbrauch fuumlr die Warmwasserbereitung noch bei Weitem uumlbersteigt Ein Grund vielleicht warum die Warmwasserbereitstellung bisher unzureichend Beachtung fand Jedoch zu unrecht Das Thema verdient mehr Aufmerksamkeit wenn es darum geht die Energiebilanz von Gebaumluden zu verbessern Denn grundsaumltzlich stecken in der Warmwasserbereitung hohe Einsparpotenziale Vor allem dann wenn bereits bei der Planung das geeignete System beruumlcksichtigt wird Aber nicht nur im Neubau sondern auch bei Bestandsbauten lassen sich hohe Einsparungen erzielen
Der vorliegende Leitfaden zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten fuumlr eine effiziente Bereitstellung von Warmwasser in Wohnhausanlagen Er gibt eine Orientierung welches System fuumlr welches Objekt am besten geeignet ist Dabei werden drei Warmwassersysteme einander gegenuumlbergestellt und die Vor- und Nachteile abgewogen Betrachtet werden die zentrale Versorgung (4-Leiter-System) die dezentrale Versorgung und eine Mischform (2-Leiter-System mit Wohnungsstationen)
Erfolgreiche Umsetzungsbeispiele zeigen wie eine effiziente Warmwasserbereitung gelingen kann Demgegenuumlber sind auch negative Beispiele angefuumlhrt die verdeutlichen welche Stolpersteine es bei der Umsetzung zu beachten gibt
Nach wie vor steht bei der Warmwasserversorgung von Wohnhausanlagen hoher Komfort an erster Stelle Sowohl wassersparende Armaturen als auch effizientes NutzerInnenverhalten (duschen statt baden) sind zwar meist bekannt stehen allerdings oft im Widerspruch zu spontanen Beduumlrfnissen Durch vorausschauende Planung und optimierte Betriebsfuumlhrung kann ein effizientes Warmwassersystem einen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung leisten
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VORWORT Warmwasser effizient bereitstellen
Magordf Maria Vassilakou Vizebuumlrgermeisterin der Stadt Wien amtsfuumlhshyrende Stadtraumltin fuumlr Stadtentwicklung Verkehr Klimaschutz Energieplanung und BuumlrgerInnenbeteiligung
Magordf Maria Vassilakou
1 ENERGIEEINSATZ ZUR WARMWASSERBEREITUNG
11 Hintergrund
Fuumlr eine langfristig nachhaltige Energieversorgung gilt es zwei zentrale Themen zu beruumlcksichti-gen den menschlichen Anteil zum globalen Treibhauseffekt sowie die langfristige Sicherung der Energieressourcen
Die oft zitierten 20-20-20-Ziele der Europaumlischen Union zielen auf
Erhoumlhung der erneuerbaren Energietraumlger (Oumlsterreich 34 des Bruttoendenergieverbrauchs)
Reduktion der Treibhausgasemissionen (Oumlsterreich 21 im EU-ETS-Sektor 16 in den uumlbrigen Sektoren gegenuumlber 2005) sowie auf
eine Erhoumlhung der Energieeffizienz um 20 bis 2020 ab
Auf europaumlischer Ebene wurden auch langfristige Ziele (minus 40 Treibhausgasemissionen gegenuumlber 1990 Erhoumlhung auf 27 erneuerbarer Energietraumlger sowie +27 Energieeffizienz) bis 2030 vereinbart
Generell gilt die Maxime Jede kWh die durch Energieeffizienz eingespart wird muss nicht erst erzeugt werden
Rund ein Viertel des oumlsterreichischen Endenergieverbrauches (2013 1119 PJ) entfallen auf den Sektor Haushalte wobei rund 80 davon den Bereichen Raumwaumlrme und Warmwasser zuzurechnen sind (Statistik Austria 2013)
Gegenwaumlrtig uumlbersteigen die Aufwendungen fuumlr Heizung noch bei Weitem jene fuumlr Warmwas-ser ndash allerdings verschiebt sich die Gewichtung immer mehr Richtung Warmwasser wenn man beruumlcksichtigt dass Gebaumlude immer besser gedaumlmmt werden Bei einem Passiv- bzw Niedrigstenergiehaus uumlbertreffen bereits heute die Aufwendungen fuumlr Warmwasserbereitung jene fuumlr Heizung Auch bei zu sanierenden Gebaumluden schiebt sich die Frage der effizienten Warmwasserbereitung immer mehr in den Fokus der Uumlberlegungen
Nach wie vor zaumlhlen bei der Warmwasserversorgung von Mehrfamilienhaumlusern va hoher Komfort (Wasser in gewuumlnschter Menge und Temperatur moumlglichst ohne Wartezeit) kostenoptimierte Loumlsungen (insbesondere was laufende Kosten1 betrifft) aber auch aumlsthetische Gesichtspunkte (Haustechnik soll moumlglichst nicht sichtbar sein) Sowohl wassersparende Armaturen als auch bdquoeffizientes NutzerInnenverhaltenldquo wie zB bdquoduschen statt badenldquo sind zwar meist bekannt allerdings stehen diese oft im Widerspruch zu jeweils spontanen Beduumlrfnisse sowie zum Trend bdquoWellness im eigenen Badezimmerldquo
Hier gilt es durch vorausschauende Planung und optimierte Betriebsfuumlhrung dennoch einen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung zu leisten
1 Dieser Aspekt findet haumlufig zu wenig Beruumlcksichtigung da laufende Kosten nicht vom Errichter sondern vom spaumlteren Nutzer getragen werden
KAPITEL 1Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
Technologieleitfaden Warmwasser
6
KAPITEL 1Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
Technologieleitfaden Warmwasser
12 Status Quo Wien
In Wien wurden im Jahr 2012 rund 7 PJ (1970 GWh) fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzt Das entspricht rund 16 des Gesamtendenergiebedarfs der Wiener Haushalte (Statistik Austria 2013)
2012 Anteile der Energietraumlger
Sonstige 3
Fernwaumlrme 32
Elektrische Energie 16
Naturgas 49
7
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013
Rund die Haumllfte der Energie stammt vom Energietraumlger Gas ein Drittel der Energie liefert in Wien die Fernwaumlrme
Das Fernwaumlrmenetz in Wien besteht aus rund 1200 km Rohrleitungen zaumlhlt zu den groumlszligten Fernwaumlrmenetzen Europas und versorgt rund 330000 Wohnungen und 6500 GroszligkundInshynen (Wien Energie GmbH 2013) Die Waumlrmeerzeugung der Fernwaumlrme Wien erfolgt zu einem Groszligteil aus Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen sowie aus Abwaumlrme der Industrie Zusaumltzlich wird rund ein Drittel der benoumltigten Waumlrme durch Muumlllverbrennungs- bzw Biomasseanlagen bereitgestellt Die Waumlrmeuumlbergabe an ein Mehrfamilienhaus geschieht durch eine sogenannte Hausstation (Waumlrmetauscher)
Bei Nutzung des Energietraumlgers Erdgas sind bezuumlglich der Warmwasserbereitung sowohl zentrale als auch dezentrale Ausfuumlhrungen uumlblich Zu den eingesetzten Geraumltetypen zaumlhlen Durchlauferhitzer Kombithermen Gas-Warmwasserspeicher und Brennwertgeraumlte
Der Anteil erneuerbarer Energie zur Warmwasserbereitung ist gegenwaumlrtig noch sehr gering Aktuell tragen in Wien im Bereich der privaten Haushalte Waumlrmepumpen mit rund 003 PJ (8 GWh) solarthermische Anlagen mit 006 PJ (16 GWh) zur Energieaufbringung fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasserbereitung bei Beide Werte sind jeweils noch unter 1 des relevanten Energieeinsatzes zur Warmwasserbereitung und liegen deutlich unter dem oumlsterreichischen Durchschnitt
2 SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN
Bereitstellung ndash Verteilung ndash Nutzung
Bei jedem Versuch der energetischen Optimierung der Warmwasserbereitung ist eine Gesamtsicht auf die Bereiche Bereitstellung ndash Verteilung ndash Nutzung erforderlich Zusaumltzlich ergeben sich ndash bei gegebenen Randbedingungen ndash auch jeweils innerhalb eines Systems Moumlg-lichkeiten zur Verbesserung Es ist jedoch festzuhalten dass es keine pauschale Aussage uumlber das bdquobeste Systemldquo gibt da dies von den jeweiligen oumlrtlichen Gegebenheiten (zB Anschluss an das Fernwaumlrmenetz Moumlglichkeit zur Nutzung von Erdwaumlrme oder Grundwasser) aber auch vom konkreten Betrieb bzw NutzerInnenverhalten abhaumlngt
Insgesamt ist es erforderlich die Effizienz der Warmwasserbereitung zusammen mit jener der Gebaumludeheizung zu betrachten da diese in vielen Faumlllen gemeinsam geloumlst wird bzw sich die Systeme zumindest beeinflussen
Zum Thema bdquobestes Systemdesignldquo in Hinblick auf energieeffiziente Warmwasserversorgung koumlnnen folgende Schlussfolgerungen gezogen werden
Bezogen auf die Summe aller Verluste schneiden dezentrale Loumlsungen (Warmwasser wird dort erzeugt wo es benoumltigt wird) am besten ab
Generell schneiden 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstationen2 in Hinblick auf die Ver-teilverluste energetisch besser ab als 4-Leiter-Systeme3 was vor allem auf geringere Leitungslaumlngen zuruumlckzufuumlhren ist
Um erneuerbare Energien im Mehrfamilienhausbereich einbinden zu koumlnnen sollten ndash bis auf die Ausnahmen der Kombination mit Photovoltaik und Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern ndash zentrale Loumlsungen4 bevorzugt werden Eine Ausnahme bilden weit verzweigte einzelne Abnehmer zB bei Reihenhaumlusern wo weiterhin zu dezentralen Loumlsungen geraten wird
Speziell bei Waumlrmepumpen ist ein effizienter Betrieb durch Trennung von Warm-wasserbereitung und Heizung zu erreichen Fuumlr diese Technologie sind die Vorteile der optimierten Erzeugung (4-Leiter-System) den Vorteilen der geringeren Verluste (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu beurteilen Wenn 2-Leiter-Systeme eingesetzt werden sollen so sind Loumlsungen mit niedrigen Systemtemperaturen und elektrischer Nachheizung zu bevorzugen
Aufgrund der Houmlhe der Verteilverluste (Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleitungen) bei zentralen Loumlsungen wird dringend angeraten bereits in der Planungsphase saumlmtliche Leitungslaumlngen zu optimieren und Verteilleitungen uumlber das geforderte5 Maszlig hinaus zu daumlmmen sowie die Moumlglichkeit der Nutzung von Inliner-Systemen6 zu erwaumlgen
Verluste bei der Waumlrmebereitstellung stellen bei zentralen Varianten den zweithoumlchsten Verlustanteil dar und koumlnnen durch eine intelligente Technologieauswahl und -optimie-rung reduziert werden (optimierte Auslegung Abstimmung der Warmwasser- Heizung- und Speicherkombinationen und regelungstechnische Einbindung laufendes Monitoring)
Hilfsenergie (Pumpen) und Speicherverluste nehmen eine untergeordnete Rolle ein Op-timierungen bei bestehenden (alten) Systemen (Pumpentausch zusaumltzliche Daumlmmungen bei Speichern) koumlnnen allerdings sehr wohl zu nennenswerten Einsparungen fuumlhren
2 Zentrale Waumlrmebereit-stellung fuumlr Heizung und Warmwasser Warmwasserbereitung dezentral
3 Zentrale Bereitstellung von Warmwasser und vom Heizungsvorlauf getrennte Verteilung
4 2-Leiter oder 4-Leiter-Systeme
5 Uumlber die in der OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken
6 Warmwasser- und Zirkulationsleitung in einem Rohr
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
8
-
-
2-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
4-Leiter System
HEIZENERGIE-BEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwasser-waumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnik-energiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 ca 13 Verteilungs-
verluste verluste
ca 5 Abgabe-Speicher-Hilfsenergie-verluste
ca 8
verluste
Bereitstellungs-
ca 10
bedarf
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
shy
7 Der Warmwassershywaumlrmebedarf ist als
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen (oben) und 4-Leiter-Systemen (unten)7 flaumlchenbezogener De-
Quelle Darstellung ALLPLAN faultwert (127 kWh msup2a) gemaumlszlig OumlNORM 8110-5 festgelegt Er entspricht ca dem
Begriffsdefinitionen Wert wenn ein Liter Wasser um ca 30 degC (also beispielsweise
Warmwasserwaumlrmebedarf Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenverhalten von 8 degC auf 38 degC) erwaumlrmt wird Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleitungen
Bereitstellungsverluste Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten 8 Der Nutzungsgrad Technologie und vom Jahresnutzungsgrad8 beschreibt den Anteil
der im Energietraumlger Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher gespeicherten Energie
Abgabeverluste Verluste durch ungenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser der auch tatsaumlchlich
Hilfsenergiebedarf zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrmeshyenergie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
9
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KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
10
Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
Da aufgrund der hohen Verteilverluste vor allem bei 4-Leiter-Systemen annaumlhernd die doppelte Menge an Energie bereitgestellt werden muss kommt dem warmwassersparenden NutzerInshynenverhalten und auch den verwendeten Armaturen eine zentrale Rolle zu Installationsseitig koumlnnen Einsparungen va durch Strahlregler erzielt werden auch die Abwaumlrmenutzung aus dem Abwasser stellt eine Moumlglichkeit der Optimierung dar
Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung und ihre Anwendbarkeit in den drei Systemen werden in folgender Abbildung dargestellt
Dezentrale Versorgung Mischform
2-Leiter Systeme Zentrale Versorgung
4-Leiter Systeme
Energiesparende Armaturen einsetzen
Informationen zu Warmwasser sparenden NutzerInnenverhalten verteilen
Leitungslaumlngen optimieren (va bei zentraler Waumlrmebereitstellung)
Nach Moumlglichkeit dezentrale Abwaumlrme nutzen (zB dezentrale Waumlrmetauscher in Duschtassen)
Zusaumltzliche Daumlmmung der Verteilnetze
Nach Moumlglichkeit Systemshytemperaturen senken
Inliner-Systeme fuumlr Zirkulationsleitungen
(siehe Seite 27)
Nach Moumlglichkeit zentrale Abwaumlrmenutzung einsetzen (zB zentrale Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser)
Hydraulischer Abgleich Nutzung hocheffizienter Pumpen
Zusaumltzliche Daumlmmung des Warmwasserspeichers
Einbindung PV (Stromloumlsungen)
Einbindung PV (Stromloumlsungen) Nutzung Solarthermie Waumlrmepumpe Biomasse
Tab 1 Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung Quelle Darstellung ALLPLAN
LiterPerson und Tag (bei 60 degC)
Sozialer Wohnbau
Normaler Komfort
20 Liter
Mittlerer Komfort
40 Liter
Hoher Komfort
40 Liter
Allgemeiner Wohnbau 30 Liter 50 Liter 50 Liter
Gehobener Wohnbau 40 Liter 60 Liter 70 Liter
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
3 ARTEN DER WARMWASSERVERSORGUNG IM WOHNBAU
31 Systemdimensionierung
Die Planung der Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus erfordert die Beruumlcksichtigung des typischen Warmwasserbedarfs pro Person und Tag sowie Annahmen betreffend Gleichzeitigkeit
In der Literatur typischerweise angenommene Werte pro Person im Mehrfamilienhaus (siehe TABELLE 2) haumlngen von der Art des Wohnbaus sowie der jeweiligen Ausstattung ab Die typischen Zapfstellen umfassen Badewannen Brausen Waschtische (jeweils 45 degC) sowie Kuumlchenspuumllen (60 degC) Im Vergleich dazu wird in Buumlrogebaumluden uumlblicherweise mit einem niedrigeren Warmshywasserbedarf (10 ndash 40 lPerson und Tag) und durchgaumlngig niedrigeren Temperaturen (45 degC) gerechnet
Fuumlr die Planung wird uumlblicherweise mit einer Systemtemperatur von 60 degC sowie mit einer Kaltwassertemperatur von 10 degC gerechnet Zusaumltzlich werden Annahmen zum Bedarf von LiterPerson und Tag getroffen
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999
In uumlblichen Planungsrichtlinien wird ua auf eine Leitungsfuumlhrung auf dem kuumlrzesten Weg zwishyschen Wassererwaumlrmer und Zapfstellen ebenso wie auf die bdquonicht zu groszligzuumlgigeldquo Dimensionie-rung der Leitungen9 und eine durchgaumlngige Waumlrmedaumlmmung der Rohrleitungen inkl der Armaturen und Verbindungen hingewiesen
Die Dimensionierung der Leitungen haumlngt von der maximalen Entnahmeleistung pro Minute (ca 15 lMinute) sowie von Annahmen zur Gleichzeitigkeit des Bedarfs ab
Hierfuumlr werden Gleichzeitigkeitskurven angenommen welche uumlblicherweise den Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten bzw waumlhrend einer Stunde abbilden und jeweils mit der Anzahl der Wohneinheiten abnehmen Aktuelle Feldmessungen (Fenz 2012) zeigen dass in einigen Faumlllen die tatsaumlchliche Gleichzeitigkeit steiler abfaumlllt als in typischen Kurven angenommen und somit die eingesetzte Rohrdimension zu groszlig ist was zu zusaumltzlichen Waumlrmeverlusten fuumlhrt
shy
shy
9 In der Praxis sind haumlufig uumlberdimensionierte Systeme anzutreffen da sowohl bei der Planung als auch bei der Ausfuumlhrung noch Planungsreserven beruumlcksichtigt werden
11
70
60
50
40
30
20
10
Prozentuale Gleichzeitigkeit
0
4 Baumlder 20 Baumlder 100 Baumlder 500 Baumlder
Anzahl installierter Baumlder
Spitzenbedarf waumlhrend 1 Stunde oberer Bereich
Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten unterer Bereich
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
12
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999
Lastprofile fuumlr Warmwasser zeigen typischerweise tagesbezogene Unterschiede (Werktag Samstag Sonn- und Feiertag) (AGCS 2002) Typische Spitzen sind in den Morgen- und Abendshystunden zu erwarten Ausnahmen bilden die Lastprofile fuumlr SchichtarbeiterInnen haushaltsshyfuumlhrende Personen oder gibt es waumlhrend der Urlaubszeit
32 Systemarten
Die Waumlrme- und Warmwasserversorgung in Mehrfamilienhaumlusern kann uumlber verschiedene Arten erfolgen welche sich im Grad der Zentralisierung unterscheiden Die derzeit gaumlngigste Variante in Bestandsgebaumluden ist die zentrale Warmwasserversorgung mittels 4-Leiter-System Auch dezentrale Warmwasserbereitung mittels elektrischen oder gasbetriebenen Durchlauferhitzern ist weit verbreitet
Das Warmwasser-Verteilsystem kann je nach Systemdesign aus drei unterschiedlichen Leitungsshytypen bestehen Diese Leitungstypen unterscheiden sich dabei vor allem in der Rohrdimension Rohrlaumlnge bzw Verlegedichte aber auch durch die Positionierung und Leitungsfuumlhrung in der Gebaumludehuumllle Es wird unterschieden zwischen
Verteilleitungen Steigleitungen und
Anbindeleitungen
Warmwasserbereitung
gebaumludeshyzentral
Zentrale Versorgung
sehr haumlufig
wohnungszentral10
selten
dezentrale Versorgung
haumlufig
Heizung wohnungszentral
Gaskessel
kommt praktisch nicht vor
Gasetagenheizung Gastherme
haumlufig
Gaskessel Durchlauferhitzer
eher selten
dezentral
ndash Elektrospeicherheizung zentr Elektrospeicher
Elektrospeicherheizung Durchlauferhitzer
Sozialer Wohnbau sehr selten selten
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten von Systemdesigns der Warmwasservershysorgung in Mehrfamilienhaumlusern
shy
shy
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012
321 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Bei dieser Variante der zentralen Warmwasserversorgung fuumlhren jeweils zwei Leitungspaare (Vor-und Ruumlcklauf) fuumlr Heizung und Warmwasser getrennt in jede Wohnung Daruumlber hinaus gibt es oft noch zusaumltzliche Zirkulationsleitungen11 bis knapp vor die jeweiligen Zapfstellen
4-Leiter System
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Warmwasser
Zirkulation
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
Kaltwasser
1 Energiespeicher 2 zentraler Brauchwasser-Speicher 3 Warmwasser 4 Raumheizung 5 Speicher-Ladestation (inkl Waumlrmetauscher amp 2 Pumpen) 6 Heizungsumwaumllzpumpe 7 Zirkulationspumpe
1
5 5
5
6
7
2
3 4
Abb 4 Schema bdquoZentrale Versorgung (4-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
10 Wohnungszentrale Warmwasserbereishytung mit zentraler Heizung entspricht der bdquoMischformldquo (2-Leiter-System) im Bericht
11 OumlNORM ndash B 5019 Zusaumltzliche Leitung die das Verteilsystem zwischen dem Ende einer Warmwasser-Verteilleitung und dem Warmwassershybereiter schlieszligt und damit einen staumlndigen Kreislauf des erwaumlrmshyten Trinkwassers ermoumlglicht sowie keine direkten Entnahmeshystellen beinhaltet Die Zirkulationsleitung kann aus mehreren Zirkulationsstraumlngen und Zirkulationssamshymelleitungen besteshyhen Leitungen die das erwaumlrmte Trinkwasser zu den Entnahmestelshylen transportieren sind keine Zirkulatishyonsleitungen
13
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
14
Vorteile Kostenvorteile bei den Investitionskosten bei zentralem Einkauf
des Brennstoffes und in der Wartung erfordert keinen Platzbedarf in der Wohnung die Haustechnik ist bdquounsichtbarldquo im Technikraum hoher Komfort keine Beeinflussung der Schuumlttleistung12 durch
andere Zapfstellen in der Wohnung Energietraumlgerwechsel bzw Einbindung erneuerbarer Energie oder
Fernwaumlrme sind in der Regel ohne Aumlnderungen am Verteilsystem moumlglich ein zentraler Speicher weist weniger Speicherverluste auf als eine
Vielzahl kleiner Speicher (Verhaumlltnis Oberflaumlche zu Volumen) optimierte Systemdesigns fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasser
durch getrennte Speicher und ev Bereitstellung
Nachteile zusaumltzliche Energieaufwaumlnde Verluste und auch Kosten minusdurch laumlngere Leitungen minusdurch die Vorschriften zu den erforderlichen Mindesttemperaturen (geregelt in der
OumlNORM B 5019 ndash bdquoLegionellen-Normldquo) und daraus resultierende houmlhere Verantshywortung fuumlr die BetreiberInnen
322 Mischform (2-Leiter-System) Die sogenannten Wohnungsstationen stellen eine Mischform aus zentraler und dezentraler Versorgung dar Hier erfolgt die Waumlrmebereitstellung zentral die Warmwasserbereitung jedoch erst dezentral auf Wohnungsebene Als Option kann in den Wohnungen noch ein Tagesspeicher vorgesehen werden
2-Leiter System
1 Ruumlckschlagventil 2 Waumlrmetauscher im Solarkreis 3 3-Wegeshyventil 4 Solarkollektor 5 Umwaumllzpumpe im Solarkreis 6 Umwaumllzpumpe im Heizkreis 7 Waumlrmetauscher zur Speichershyladung 8 Raumheizung 9 Tagesspeicher (ca 150l)
8
11
1
5
5
2
4
6 3
3
7
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf
Warmwasser
Kaltwasser
WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
9
16
Abb 5 Schema bdquoMischform (2-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
12 Wasservolumen pro Zeit
Vorteile kein Platzbedarf in den Wohnungen fuumlr Speicher bzw Warmwasserbereiter Kostenvorteile bei zentralem Brennstoffeinkauf und Wartung anlassbezogene Warmwasserbereitung nur bei Zapfung reduzierte Bereitschaftsverluste reduzierte Verteilverluste aufgrund von geringeren Leitungslaumlngen
(keine Zirkulationsleitungen erforderlich) bdquoLegionellen-Normldquo (und damit hohe Systemtemperaturen) gilt nicht erhoumlhte Gesamteffizienz durch niedrige Ruumlcklauftemperaturen
fuumlr optimierten Betrieb von Solaranlagen und Brennwertkessel
Nachteile Vorlauftemperaturen nicht optimiert fuumlr Heizbetrieb
(va relevant beim Einsatz von Waumlrmepumpen) groumlszligere Durchmesser der Steig- und Verteilleitungen erforderlich
(Platzbedarf Leitungsverluste steigen) eventuelle Komforteinbuszligen bei gleichzeitiger Wasserentnahme
an verschiedenen Zapfstellen in der Wohnung zusaumltzlich hohe Kosten fuumlr die Wohnungsstationen (ca 1200 EURO pro Station)
323 Dezentrale Versorgung Dezentrale Warmwasserversorgung bedeutet Warmwasserbereitung am Ort des Bedarfs Dies kann entweder direkt bei der jeweiligen Zapfstelle sein oder aber an einem zentralen Ort innerhalb einer Wohnung in diesem Fall gibt es lediglich Anbindungsleitungen zu den Zapfstellen
In den meisten Faumlllen kommen als dezentrale Varianten Strom- oder Gasdurchlauferhitzer oder Warmwasserboiler zur Anwendung Bei Passivhaumlusern koumlnnen auch Luumlftungswaumlrmepumpen mit integrierter Warmwasserbereitung zum Einsatz kommen
Im Gegensatz zu zB Gasthermen fallen bei der direkten Waumlrmebereitstellung aus Strom nahezu keine Umwandlungsverluste an Allerdings muss Strom selbst erst durch Umwandlung bereitgestellt werden Dieser Umwandlungsprozess ist oft auch mit hohen Verlusten behaftet Ein korrekter Vergleich verschiedener Alternativen muumlsste uumlber den sogenannten Primaumlrener-gieeinsatz erfolgen Der Einsatz von Strom zur Bereitstellung von Warmwasser kann somit unter folgenden Rahmenbedingungen empfohlen werden
Wenn Strom (vorwiegend) mittels erneuerbarer Energie (wenn moumlglich vor Ort) bdquoerzeugtldquo wurde
Wenn Strom zum Nachheizenzur Spitzenabdeckung verwendet wird und somit das System fuumlr niedrigere Temperaturen ausgelegt werden kann bzw zur Erfuumlllung von Hygieneanforderungen
Wenn es sich um wenig kompakte Bauwerke handelt wo mit uumlberproportionalen Verteilverlusten gerechnet werden muss und somit zu einer dezentralen Versor-gung geraten wird
Fuumlr einzelne Zapfstellen (zB Kuumlche) falls eine Rohrverlegung unverhaumlltnismaumlszligig erscheint oder bei denen nur wenig Warmwasser benoumltigt wird
Waumlrmepumpen sollten nur dann zum Einsatz kommen wenn die Jahresarbeitszahl jedenfalls houmlher ist als der Primaumlrenergiefaktor des eingesetzten Stroms
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
15
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
16
Dezentrales System
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN
Verteilung -bzw Bereitstellungs
technologie
Gas
Strom
Ja
Nein
Zentrale Versorgung
Ja
Nein13
Mischform Dezentrale
Versorgung
Ja (Durchlauferhitzer Kombitherme)
Ja
Solarthermie Ja Ja Nein
Waumlrmepumpe Quelle ErdeWasser
Luftwaumlrmepumpe
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja (Luumlftungs-Kombination)
Biomasse Ja Ja Nein
Fernwaumlrme Ja Ja Nein
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Vorteile verbrauchsnahe Waumlrmeerzeugung dh kurze Leitungslaumlngen und geringe Verteilverluste geringerer Wasserverbrauch durch rasches Erreichen der gewuumlnschten Temperatur bedarfsbezogene Warmwasserbereitung weniger Bereitschaftsverluste Entfall von Verteil- und Steigleitungen (reduziert Investitionskosten und Verteilverluste)
Nachteile bdquoSichtbarkeitldquo der Haustechnik in der Wohnung
Platzbedarf und damit verbundene Kosten (jeder Quadratmeter zaumlhlt im urbanen Geschoszligwohnbau)
beschraumlnkte Moumlglichkeit der Nutzung von erneuerbaren Energietraumlgern
Einsatz von hohen Leistungen pro Wohnung erforderlich (Teillastbetrieb eventuelle Beschraumlnkungen bei der Zulaumlssigkeit der Nutzung von Strom-Loumlsungen)
33 Uumlbersicht Verteilsysteme
Nicht jede Technologie-Quelle eignet sich fuumlr jedes Verteilsystem Folgende Tabelle fasst die prinzipiellen Moumlglichkeiten zusammen
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN
13 Ausgenommen elektshyrische Nachheizung
17
-
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
18
14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
shyshy shy shy
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shyshy
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Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
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42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
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Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
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Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
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Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
INHALTSVERZEICHNIS
Vorwort Maria Vassilakou 5 1 ENERGIEEINSATZ ZUR WARMWASSERBEREITUNG 6
11 Hintergrund6 12 Status Quo Wien 7
2 SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN 8 3 ARTEN DER WARMWASSERVERSORGUNG IM WOHNBAU11
31 Systemdimensionierung 11 32 Systemarten 12 321 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) 13 322 Mischform (2-Leiter-System) 14 323 Dezentrale Versorgung 15 33 Uumlbersicht Verteilsysteme 17
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ18 41 Definition Energieeffizienz 18 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo 21 421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) 21 422 Mischform 2-Leiter-System 21 423 Dezentrale Versorgung 21 424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser 21 425 Empfehlungen 22 426 Wirtschaftliche Betrachtung 22 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung 23 431 Ansatzpunkte Leitungsnetze 23 432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie 25 433 Innovative Loumlsungen 26 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern 28 441 Arten von Speichern 28 442 Waumlrmeverluste von Speichern 30 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung 32 451 Wasser sparen 32 452 Optimiertes NutzerInnenverhalten 32 453 Energieeffiziente Armaturen 32 454 Waumlrmeruumlckgewinnung 34 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung 36 461 Heizkessel 37 462 Solarthermie 37 463 Waumlrmepumpen 40 464 Photovoltaik 41
5 ANHANG 44 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis 44 511 Hygienerelevante Vorschriften 44 512 Oumlkodesign-Richtlinie 45 513 Wiener Bauordnung 45 514 Uumlbersicht Normen 46 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis 47 53 Literatur 48
VORWORT MARIA VASSILAKOU
Warmwasser ndash ein unbeachteter Energieverbraucher
Rund 80 des Energieverbrauchs von privaten Haushalten wird fuumlr die Raumwaumlrme- und Warmwasserproduktion eingesetzt Wobei der Energieverbrauch der fuumlr das Heizen aufgewendet wird den Energieverbrauch fuumlr die Warmwasserbereitung noch bei Weitem uumlbersteigt Ein Grund vielleicht warum die Warmwasserbereitstellung bisher unzureichend Beachtung fand Jedoch zu unrecht Das Thema verdient mehr Aufmerksamkeit wenn es darum geht die Energiebilanz von Gebaumluden zu verbessern Denn grundsaumltzlich stecken in der Warmwasserbereitung hohe Einsparpotenziale Vor allem dann wenn bereits bei der Planung das geeignete System beruumlcksichtigt wird Aber nicht nur im Neubau sondern auch bei Bestandsbauten lassen sich hohe Einsparungen erzielen
Der vorliegende Leitfaden zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten fuumlr eine effiziente Bereitstellung von Warmwasser in Wohnhausanlagen Er gibt eine Orientierung welches System fuumlr welches Objekt am besten geeignet ist Dabei werden drei Warmwassersysteme einander gegenuumlbergestellt und die Vor- und Nachteile abgewogen Betrachtet werden die zentrale Versorgung (4-Leiter-System) die dezentrale Versorgung und eine Mischform (2-Leiter-System mit Wohnungsstationen)
Erfolgreiche Umsetzungsbeispiele zeigen wie eine effiziente Warmwasserbereitung gelingen kann Demgegenuumlber sind auch negative Beispiele angefuumlhrt die verdeutlichen welche Stolpersteine es bei der Umsetzung zu beachten gibt
Nach wie vor steht bei der Warmwasserversorgung von Wohnhausanlagen hoher Komfort an erster Stelle Sowohl wassersparende Armaturen als auch effizientes NutzerInnenverhalten (duschen statt baden) sind zwar meist bekannt stehen allerdings oft im Widerspruch zu spontanen Beduumlrfnissen Durch vorausschauende Planung und optimierte Betriebsfuumlhrung kann ein effizientes Warmwassersystem einen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung leisten
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VORWORT Warmwasser effizient bereitstellen
Magordf Maria Vassilakou Vizebuumlrgermeisterin der Stadt Wien amtsfuumlhshyrende Stadtraumltin fuumlr Stadtentwicklung Verkehr Klimaschutz Energieplanung und BuumlrgerInnenbeteiligung
Magordf Maria Vassilakou
1 ENERGIEEINSATZ ZUR WARMWASSERBEREITUNG
11 Hintergrund
Fuumlr eine langfristig nachhaltige Energieversorgung gilt es zwei zentrale Themen zu beruumlcksichti-gen den menschlichen Anteil zum globalen Treibhauseffekt sowie die langfristige Sicherung der Energieressourcen
Die oft zitierten 20-20-20-Ziele der Europaumlischen Union zielen auf
Erhoumlhung der erneuerbaren Energietraumlger (Oumlsterreich 34 des Bruttoendenergieverbrauchs)
Reduktion der Treibhausgasemissionen (Oumlsterreich 21 im EU-ETS-Sektor 16 in den uumlbrigen Sektoren gegenuumlber 2005) sowie auf
eine Erhoumlhung der Energieeffizienz um 20 bis 2020 ab
Auf europaumlischer Ebene wurden auch langfristige Ziele (minus 40 Treibhausgasemissionen gegenuumlber 1990 Erhoumlhung auf 27 erneuerbarer Energietraumlger sowie +27 Energieeffizienz) bis 2030 vereinbart
Generell gilt die Maxime Jede kWh die durch Energieeffizienz eingespart wird muss nicht erst erzeugt werden
Rund ein Viertel des oumlsterreichischen Endenergieverbrauches (2013 1119 PJ) entfallen auf den Sektor Haushalte wobei rund 80 davon den Bereichen Raumwaumlrme und Warmwasser zuzurechnen sind (Statistik Austria 2013)
Gegenwaumlrtig uumlbersteigen die Aufwendungen fuumlr Heizung noch bei Weitem jene fuumlr Warmwas-ser ndash allerdings verschiebt sich die Gewichtung immer mehr Richtung Warmwasser wenn man beruumlcksichtigt dass Gebaumlude immer besser gedaumlmmt werden Bei einem Passiv- bzw Niedrigstenergiehaus uumlbertreffen bereits heute die Aufwendungen fuumlr Warmwasserbereitung jene fuumlr Heizung Auch bei zu sanierenden Gebaumluden schiebt sich die Frage der effizienten Warmwasserbereitung immer mehr in den Fokus der Uumlberlegungen
Nach wie vor zaumlhlen bei der Warmwasserversorgung von Mehrfamilienhaumlusern va hoher Komfort (Wasser in gewuumlnschter Menge und Temperatur moumlglichst ohne Wartezeit) kostenoptimierte Loumlsungen (insbesondere was laufende Kosten1 betrifft) aber auch aumlsthetische Gesichtspunkte (Haustechnik soll moumlglichst nicht sichtbar sein) Sowohl wassersparende Armaturen als auch bdquoeffizientes NutzerInnenverhaltenldquo wie zB bdquoduschen statt badenldquo sind zwar meist bekannt allerdings stehen diese oft im Widerspruch zu jeweils spontanen Beduumlrfnisse sowie zum Trend bdquoWellness im eigenen Badezimmerldquo
Hier gilt es durch vorausschauende Planung und optimierte Betriebsfuumlhrung dennoch einen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung zu leisten
1 Dieser Aspekt findet haumlufig zu wenig Beruumlcksichtigung da laufende Kosten nicht vom Errichter sondern vom spaumlteren Nutzer getragen werden
KAPITEL 1Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 1Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
Technologieleitfaden Warmwasser
12 Status Quo Wien
In Wien wurden im Jahr 2012 rund 7 PJ (1970 GWh) fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzt Das entspricht rund 16 des Gesamtendenergiebedarfs der Wiener Haushalte (Statistik Austria 2013)
2012 Anteile der Energietraumlger
Sonstige 3
Fernwaumlrme 32
Elektrische Energie 16
Naturgas 49
7
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013
Rund die Haumllfte der Energie stammt vom Energietraumlger Gas ein Drittel der Energie liefert in Wien die Fernwaumlrme
Das Fernwaumlrmenetz in Wien besteht aus rund 1200 km Rohrleitungen zaumlhlt zu den groumlszligten Fernwaumlrmenetzen Europas und versorgt rund 330000 Wohnungen und 6500 GroszligkundInshynen (Wien Energie GmbH 2013) Die Waumlrmeerzeugung der Fernwaumlrme Wien erfolgt zu einem Groszligteil aus Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen sowie aus Abwaumlrme der Industrie Zusaumltzlich wird rund ein Drittel der benoumltigten Waumlrme durch Muumlllverbrennungs- bzw Biomasseanlagen bereitgestellt Die Waumlrmeuumlbergabe an ein Mehrfamilienhaus geschieht durch eine sogenannte Hausstation (Waumlrmetauscher)
Bei Nutzung des Energietraumlgers Erdgas sind bezuumlglich der Warmwasserbereitung sowohl zentrale als auch dezentrale Ausfuumlhrungen uumlblich Zu den eingesetzten Geraumltetypen zaumlhlen Durchlauferhitzer Kombithermen Gas-Warmwasserspeicher und Brennwertgeraumlte
Der Anteil erneuerbarer Energie zur Warmwasserbereitung ist gegenwaumlrtig noch sehr gering Aktuell tragen in Wien im Bereich der privaten Haushalte Waumlrmepumpen mit rund 003 PJ (8 GWh) solarthermische Anlagen mit 006 PJ (16 GWh) zur Energieaufbringung fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasserbereitung bei Beide Werte sind jeweils noch unter 1 des relevanten Energieeinsatzes zur Warmwasserbereitung und liegen deutlich unter dem oumlsterreichischen Durchschnitt
2 SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN
Bereitstellung ndash Verteilung ndash Nutzung
Bei jedem Versuch der energetischen Optimierung der Warmwasserbereitung ist eine Gesamtsicht auf die Bereiche Bereitstellung ndash Verteilung ndash Nutzung erforderlich Zusaumltzlich ergeben sich ndash bei gegebenen Randbedingungen ndash auch jeweils innerhalb eines Systems Moumlg-lichkeiten zur Verbesserung Es ist jedoch festzuhalten dass es keine pauschale Aussage uumlber das bdquobeste Systemldquo gibt da dies von den jeweiligen oumlrtlichen Gegebenheiten (zB Anschluss an das Fernwaumlrmenetz Moumlglichkeit zur Nutzung von Erdwaumlrme oder Grundwasser) aber auch vom konkreten Betrieb bzw NutzerInnenverhalten abhaumlngt
Insgesamt ist es erforderlich die Effizienz der Warmwasserbereitung zusammen mit jener der Gebaumludeheizung zu betrachten da diese in vielen Faumlllen gemeinsam geloumlst wird bzw sich die Systeme zumindest beeinflussen
Zum Thema bdquobestes Systemdesignldquo in Hinblick auf energieeffiziente Warmwasserversorgung koumlnnen folgende Schlussfolgerungen gezogen werden
Bezogen auf die Summe aller Verluste schneiden dezentrale Loumlsungen (Warmwasser wird dort erzeugt wo es benoumltigt wird) am besten ab
Generell schneiden 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstationen2 in Hinblick auf die Ver-teilverluste energetisch besser ab als 4-Leiter-Systeme3 was vor allem auf geringere Leitungslaumlngen zuruumlckzufuumlhren ist
Um erneuerbare Energien im Mehrfamilienhausbereich einbinden zu koumlnnen sollten ndash bis auf die Ausnahmen der Kombination mit Photovoltaik und Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern ndash zentrale Loumlsungen4 bevorzugt werden Eine Ausnahme bilden weit verzweigte einzelne Abnehmer zB bei Reihenhaumlusern wo weiterhin zu dezentralen Loumlsungen geraten wird
Speziell bei Waumlrmepumpen ist ein effizienter Betrieb durch Trennung von Warm-wasserbereitung und Heizung zu erreichen Fuumlr diese Technologie sind die Vorteile der optimierten Erzeugung (4-Leiter-System) den Vorteilen der geringeren Verluste (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu beurteilen Wenn 2-Leiter-Systeme eingesetzt werden sollen so sind Loumlsungen mit niedrigen Systemtemperaturen und elektrischer Nachheizung zu bevorzugen
Aufgrund der Houmlhe der Verteilverluste (Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleitungen) bei zentralen Loumlsungen wird dringend angeraten bereits in der Planungsphase saumlmtliche Leitungslaumlngen zu optimieren und Verteilleitungen uumlber das geforderte5 Maszlig hinaus zu daumlmmen sowie die Moumlglichkeit der Nutzung von Inliner-Systemen6 zu erwaumlgen
Verluste bei der Waumlrmebereitstellung stellen bei zentralen Varianten den zweithoumlchsten Verlustanteil dar und koumlnnen durch eine intelligente Technologieauswahl und -optimie-rung reduziert werden (optimierte Auslegung Abstimmung der Warmwasser- Heizung- und Speicherkombinationen und regelungstechnische Einbindung laufendes Monitoring)
Hilfsenergie (Pumpen) und Speicherverluste nehmen eine untergeordnete Rolle ein Op-timierungen bei bestehenden (alten) Systemen (Pumpentausch zusaumltzliche Daumlmmungen bei Speichern) koumlnnen allerdings sehr wohl zu nennenswerten Einsparungen fuumlhren
2 Zentrale Waumlrmebereit-stellung fuumlr Heizung und Warmwasser Warmwasserbereitung dezentral
3 Zentrale Bereitstellung von Warmwasser und vom Heizungsvorlauf getrennte Verteilung
4 2-Leiter oder 4-Leiter-Systeme
5 Uumlber die in der OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken
6 Warmwasser- und Zirkulationsleitung in einem Rohr
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
8
-
-
2-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
4-Leiter System
HEIZENERGIE-BEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwasser-waumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnik-energiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 ca 13 Verteilungs-
verluste verluste
ca 5 Abgabe-Speicher-Hilfsenergie-verluste
ca 8
verluste
Bereitstellungs-
ca 10
bedarf
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
shy
7 Der Warmwassershywaumlrmebedarf ist als
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen (oben) und 4-Leiter-Systemen (unten)7 flaumlchenbezogener De-
Quelle Darstellung ALLPLAN faultwert (127 kWh msup2a) gemaumlszlig OumlNORM 8110-5 festgelegt Er entspricht ca dem
Begriffsdefinitionen Wert wenn ein Liter Wasser um ca 30 degC (also beispielsweise
Warmwasserwaumlrmebedarf Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenverhalten von 8 degC auf 38 degC) erwaumlrmt wird Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleitungen
Bereitstellungsverluste Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten 8 Der Nutzungsgrad Technologie und vom Jahresnutzungsgrad8 beschreibt den Anteil
der im Energietraumlger Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher gespeicherten Energie
Abgabeverluste Verluste durch ungenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser der auch tatsaumlchlich
Hilfsenergiebedarf zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrmeshyenergie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
9
-
-
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
10
Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
Da aufgrund der hohen Verteilverluste vor allem bei 4-Leiter-Systemen annaumlhernd die doppelte Menge an Energie bereitgestellt werden muss kommt dem warmwassersparenden NutzerInshynenverhalten und auch den verwendeten Armaturen eine zentrale Rolle zu Installationsseitig koumlnnen Einsparungen va durch Strahlregler erzielt werden auch die Abwaumlrmenutzung aus dem Abwasser stellt eine Moumlglichkeit der Optimierung dar
Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung und ihre Anwendbarkeit in den drei Systemen werden in folgender Abbildung dargestellt
Dezentrale Versorgung Mischform
2-Leiter Systeme Zentrale Versorgung
4-Leiter Systeme
Energiesparende Armaturen einsetzen
Informationen zu Warmwasser sparenden NutzerInnenverhalten verteilen
Leitungslaumlngen optimieren (va bei zentraler Waumlrmebereitstellung)
Nach Moumlglichkeit dezentrale Abwaumlrme nutzen (zB dezentrale Waumlrmetauscher in Duschtassen)
Zusaumltzliche Daumlmmung der Verteilnetze
Nach Moumlglichkeit Systemshytemperaturen senken
Inliner-Systeme fuumlr Zirkulationsleitungen
(siehe Seite 27)
Nach Moumlglichkeit zentrale Abwaumlrmenutzung einsetzen (zB zentrale Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser)
Hydraulischer Abgleich Nutzung hocheffizienter Pumpen
Zusaumltzliche Daumlmmung des Warmwasserspeichers
Einbindung PV (Stromloumlsungen)
Einbindung PV (Stromloumlsungen) Nutzung Solarthermie Waumlrmepumpe Biomasse
Tab 1 Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung Quelle Darstellung ALLPLAN
LiterPerson und Tag (bei 60 degC)
Sozialer Wohnbau
Normaler Komfort
20 Liter
Mittlerer Komfort
40 Liter
Hoher Komfort
40 Liter
Allgemeiner Wohnbau 30 Liter 50 Liter 50 Liter
Gehobener Wohnbau 40 Liter 60 Liter 70 Liter
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
3 ARTEN DER WARMWASSERVERSORGUNG IM WOHNBAU
31 Systemdimensionierung
Die Planung der Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus erfordert die Beruumlcksichtigung des typischen Warmwasserbedarfs pro Person und Tag sowie Annahmen betreffend Gleichzeitigkeit
In der Literatur typischerweise angenommene Werte pro Person im Mehrfamilienhaus (siehe TABELLE 2) haumlngen von der Art des Wohnbaus sowie der jeweiligen Ausstattung ab Die typischen Zapfstellen umfassen Badewannen Brausen Waschtische (jeweils 45 degC) sowie Kuumlchenspuumllen (60 degC) Im Vergleich dazu wird in Buumlrogebaumluden uumlblicherweise mit einem niedrigeren Warmshywasserbedarf (10 ndash 40 lPerson und Tag) und durchgaumlngig niedrigeren Temperaturen (45 degC) gerechnet
Fuumlr die Planung wird uumlblicherweise mit einer Systemtemperatur von 60 degC sowie mit einer Kaltwassertemperatur von 10 degC gerechnet Zusaumltzlich werden Annahmen zum Bedarf von LiterPerson und Tag getroffen
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999
In uumlblichen Planungsrichtlinien wird ua auf eine Leitungsfuumlhrung auf dem kuumlrzesten Weg zwishyschen Wassererwaumlrmer und Zapfstellen ebenso wie auf die bdquonicht zu groszligzuumlgigeldquo Dimensionie-rung der Leitungen9 und eine durchgaumlngige Waumlrmedaumlmmung der Rohrleitungen inkl der Armaturen und Verbindungen hingewiesen
Die Dimensionierung der Leitungen haumlngt von der maximalen Entnahmeleistung pro Minute (ca 15 lMinute) sowie von Annahmen zur Gleichzeitigkeit des Bedarfs ab
Hierfuumlr werden Gleichzeitigkeitskurven angenommen welche uumlblicherweise den Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten bzw waumlhrend einer Stunde abbilden und jeweils mit der Anzahl der Wohneinheiten abnehmen Aktuelle Feldmessungen (Fenz 2012) zeigen dass in einigen Faumlllen die tatsaumlchliche Gleichzeitigkeit steiler abfaumlllt als in typischen Kurven angenommen und somit die eingesetzte Rohrdimension zu groszlig ist was zu zusaumltzlichen Waumlrmeverlusten fuumlhrt
shy
shy
9 In der Praxis sind haumlufig uumlberdimensionierte Systeme anzutreffen da sowohl bei der Planung als auch bei der Ausfuumlhrung noch Planungsreserven beruumlcksichtigt werden
11
70
60
50
40
30
20
10
Prozentuale Gleichzeitigkeit
0
4 Baumlder 20 Baumlder 100 Baumlder 500 Baumlder
Anzahl installierter Baumlder
Spitzenbedarf waumlhrend 1 Stunde oberer Bereich
Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten unterer Bereich
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
12
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999
Lastprofile fuumlr Warmwasser zeigen typischerweise tagesbezogene Unterschiede (Werktag Samstag Sonn- und Feiertag) (AGCS 2002) Typische Spitzen sind in den Morgen- und Abendshystunden zu erwarten Ausnahmen bilden die Lastprofile fuumlr SchichtarbeiterInnen haushaltsshyfuumlhrende Personen oder gibt es waumlhrend der Urlaubszeit
32 Systemarten
Die Waumlrme- und Warmwasserversorgung in Mehrfamilienhaumlusern kann uumlber verschiedene Arten erfolgen welche sich im Grad der Zentralisierung unterscheiden Die derzeit gaumlngigste Variante in Bestandsgebaumluden ist die zentrale Warmwasserversorgung mittels 4-Leiter-System Auch dezentrale Warmwasserbereitung mittels elektrischen oder gasbetriebenen Durchlauferhitzern ist weit verbreitet
Das Warmwasser-Verteilsystem kann je nach Systemdesign aus drei unterschiedlichen Leitungsshytypen bestehen Diese Leitungstypen unterscheiden sich dabei vor allem in der Rohrdimension Rohrlaumlnge bzw Verlegedichte aber auch durch die Positionierung und Leitungsfuumlhrung in der Gebaumludehuumllle Es wird unterschieden zwischen
Verteilleitungen Steigleitungen und
Anbindeleitungen
Warmwasserbereitung
gebaumludeshyzentral
Zentrale Versorgung
sehr haumlufig
wohnungszentral10
selten
dezentrale Versorgung
haumlufig
Heizung wohnungszentral
Gaskessel
kommt praktisch nicht vor
Gasetagenheizung Gastherme
haumlufig
Gaskessel Durchlauferhitzer
eher selten
dezentral
ndash Elektrospeicherheizung zentr Elektrospeicher
Elektrospeicherheizung Durchlauferhitzer
Sozialer Wohnbau sehr selten selten
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten von Systemdesigns der Warmwasservershysorgung in Mehrfamilienhaumlusern
shy
shy
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012
321 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Bei dieser Variante der zentralen Warmwasserversorgung fuumlhren jeweils zwei Leitungspaare (Vor-und Ruumlcklauf) fuumlr Heizung und Warmwasser getrennt in jede Wohnung Daruumlber hinaus gibt es oft noch zusaumltzliche Zirkulationsleitungen11 bis knapp vor die jeweiligen Zapfstellen
4-Leiter System
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Warmwasser
Zirkulation
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
Kaltwasser
1 Energiespeicher 2 zentraler Brauchwasser-Speicher 3 Warmwasser 4 Raumheizung 5 Speicher-Ladestation (inkl Waumlrmetauscher amp 2 Pumpen) 6 Heizungsumwaumllzpumpe 7 Zirkulationspumpe
1
5 5
5
6
7
2
3 4
Abb 4 Schema bdquoZentrale Versorgung (4-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
10 Wohnungszentrale Warmwasserbereishytung mit zentraler Heizung entspricht der bdquoMischformldquo (2-Leiter-System) im Bericht
11 OumlNORM ndash B 5019 Zusaumltzliche Leitung die das Verteilsystem zwischen dem Ende einer Warmwasser-Verteilleitung und dem Warmwassershybereiter schlieszligt und damit einen staumlndigen Kreislauf des erwaumlrmshyten Trinkwassers ermoumlglicht sowie keine direkten Entnahmeshystellen beinhaltet Die Zirkulationsleitung kann aus mehreren Zirkulationsstraumlngen und Zirkulationssamshymelleitungen besteshyhen Leitungen die das erwaumlrmte Trinkwasser zu den Entnahmestelshylen transportieren sind keine Zirkulatishyonsleitungen
13
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
14
Vorteile Kostenvorteile bei den Investitionskosten bei zentralem Einkauf
des Brennstoffes und in der Wartung erfordert keinen Platzbedarf in der Wohnung die Haustechnik ist bdquounsichtbarldquo im Technikraum hoher Komfort keine Beeinflussung der Schuumlttleistung12 durch
andere Zapfstellen in der Wohnung Energietraumlgerwechsel bzw Einbindung erneuerbarer Energie oder
Fernwaumlrme sind in der Regel ohne Aumlnderungen am Verteilsystem moumlglich ein zentraler Speicher weist weniger Speicherverluste auf als eine
Vielzahl kleiner Speicher (Verhaumlltnis Oberflaumlche zu Volumen) optimierte Systemdesigns fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasser
durch getrennte Speicher und ev Bereitstellung
Nachteile zusaumltzliche Energieaufwaumlnde Verluste und auch Kosten minusdurch laumlngere Leitungen minusdurch die Vorschriften zu den erforderlichen Mindesttemperaturen (geregelt in der
OumlNORM B 5019 ndash bdquoLegionellen-Normldquo) und daraus resultierende houmlhere Verantshywortung fuumlr die BetreiberInnen
322 Mischform (2-Leiter-System) Die sogenannten Wohnungsstationen stellen eine Mischform aus zentraler und dezentraler Versorgung dar Hier erfolgt die Waumlrmebereitstellung zentral die Warmwasserbereitung jedoch erst dezentral auf Wohnungsebene Als Option kann in den Wohnungen noch ein Tagesspeicher vorgesehen werden
2-Leiter System
1 Ruumlckschlagventil 2 Waumlrmetauscher im Solarkreis 3 3-Wegeshyventil 4 Solarkollektor 5 Umwaumllzpumpe im Solarkreis 6 Umwaumllzpumpe im Heizkreis 7 Waumlrmetauscher zur Speichershyladung 8 Raumheizung 9 Tagesspeicher (ca 150l)
8
11
1
5
5
2
4
6 3
3
7
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf
Warmwasser
Kaltwasser
WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
9
16
Abb 5 Schema bdquoMischform (2-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
12 Wasservolumen pro Zeit
Vorteile kein Platzbedarf in den Wohnungen fuumlr Speicher bzw Warmwasserbereiter Kostenvorteile bei zentralem Brennstoffeinkauf und Wartung anlassbezogene Warmwasserbereitung nur bei Zapfung reduzierte Bereitschaftsverluste reduzierte Verteilverluste aufgrund von geringeren Leitungslaumlngen
(keine Zirkulationsleitungen erforderlich) bdquoLegionellen-Normldquo (und damit hohe Systemtemperaturen) gilt nicht erhoumlhte Gesamteffizienz durch niedrige Ruumlcklauftemperaturen
fuumlr optimierten Betrieb von Solaranlagen und Brennwertkessel
Nachteile Vorlauftemperaturen nicht optimiert fuumlr Heizbetrieb
(va relevant beim Einsatz von Waumlrmepumpen) groumlszligere Durchmesser der Steig- und Verteilleitungen erforderlich
(Platzbedarf Leitungsverluste steigen) eventuelle Komforteinbuszligen bei gleichzeitiger Wasserentnahme
an verschiedenen Zapfstellen in der Wohnung zusaumltzlich hohe Kosten fuumlr die Wohnungsstationen (ca 1200 EURO pro Station)
323 Dezentrale Versorgung Dezentrale Warmwasserversorgung bedeutet Warmwasserbereitung am Ort des Bedarfs Dies kann entweder direkt bei der jeweiligen Zapfstelle sein oder aber an einem zentralen Ort innerhalb einer Wohnung in diesem Fall gibt es lediglich Anbindungsleitungen zu den Zapfstellen
In den meisten Faumlllen kommen als dezentrale Varianten Strom- oder Gasdurchlauferhitzer oder Warmwasserboiler zur Anwendung Bei Passivhaumlusern koumlnnen auch Luumlftungswaumlrmepumpen mit integrierter Warmwasserbereitung zum Einsatz kommen
Im Gegensatz zu zB Gasthermen fallen bei der direkten Waumlrmebereitstellung aus Strom nahezu keine Umwandlungsverluste an Allerdings muss Strom selbst erst durch Umwandlung bereitgestellt werden Dieser Umwandlungsprozess ist oft auch mit hohen Verlusten behaftet Ein korrekter Vergleich verschiedener Alternativen muumlsste uumlber den sogenannten Primaumlrener-gieeinsatz erfolgen Der Einsatz von Strom zur Bereitstellung von Warmwasser kann somit unter folgenden Rahmenbedingungen empfohlen werden
Wenn Strom (vorwiegend) mittels erneuerbarer Energie (wenn moumlglich vor Ort) bdquoerzeugtldquo wurde
Wenn Strom zum Nachheizenzur Spitzenabdeckung verwendet wird und somit das System fuumlr niedrigere Temperaturen ausgelegt werden kann bzw zur Erfuumlllung von Hygieneanforderungen
Wenn es sich um wenig kompakte Bauwerke handelt wo mit uumlberproportionalen Verteilverlusten gerechnet werden muss und somit zu einer dezentralen Versor-gung geraten wird
Fuumlr einzelne Zapfstellen (zB Kuumlche) falls eine Rohrverlegung unverhaumlltnismaumlszligig erscheint oder bei denen nur wenig Warmwasser benoumltigt wird
Waumlrmepumpen sollten nur dann zum Einsatz kommen wenn die Jahresarbeitszahl jedenfalls houmlher ist als der Primaumlrenergiefaktor des eingesetzten Stroms
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
15
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
16
Dezentrales System
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN
Verteilung -bzw Bereitstellungs
technologie
Gas
Strom
Ja
Nein
Zentrale Versorgung
Ja
Nein13
Mischform Dezentrale
Versorgung
Ja (Durchlauferhitzer Kombitherme)
Ja
Solarthermie Ja Ja Nein
Waumlrmepumpe Quelle ErdeWasser
Luftwaumlrmepumpe
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja (Luumlftungs-Kombination)
Biomasse Ja Ja Nein
Fernwaumlrme Ja Ja Nein
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Vorteile verbrauchsnahe Waumlrmeerzeugung dh kurze Leitungslaumlngen und geringe Verteilverluste geringerer Wasserverbrauch durch rasches Erreichen der gewuumlnschten Temperatur bedarfsbezogene Warmwasserbereitung weniger Bereitschaftsverluste Entfall von Verteil- und Steigleitungen (reduziert Investitionskosten und Verteilverluste)
Nachteile bdquoSichtbarkeitldquo der Haustechnik in der Wohnung
Platzbedarf und damit verbundene Kosten (jeder Quadratmeter zaumlhlt im urbanen Geschoszligwohnbau)
beschraumlnkte Moumlglichkeit der Nutzung von erneuerbaren Energietraumlgern
Einsatz von hohen Leistungen pro Wohnung erforderlich (Teillastbetrieb eventuelle Beschraumlnkungen bei der Zulaumlssigkeit der Nutzung von Strom-Loumlsungen)
33 Uumlbersicht Verteilsysteme
Nicht jede Technologie-Quelle eignet sich fuumlr jedes Verteilsystem Folgende Tabelle fasst die prinzipiellen Moumlglichkeiten zusammen
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN
13 Ausgenommen elektshyrische Nachheizung
17
-
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
18
14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
shyshy shy shy
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shy
shyshy
shy
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Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
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42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
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Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
VORWORT MARIA VASSILAKOU
Warmwasser ndash ein unbeachteter Energieverbraucher
Rund 80 des Energieverbrauchs von privaten Haushalten wird fuumlr die Raumwaumlrme- und Warmwasserproduktion eingesetzt Wobei der Energieverbrauch der fuumlr das Heizen aufgewendet wird den Energieverbrauch fuumlr die Warmwasserbereitung noch bei Weitem uumlbersteigt Ein Grund vielleicht warum die Warmwasserbereitstellung bisher unzureichend Beachtung fand Jedoch zu unrecht Das Thema verdient mehr Aufmerksamkeit wenn es darum geht die Energiebilanz von Gebaumluden zu verbessern Denn grundsaumltzlich stecken in der Warmwasserbereitung hohe Einsparpotenziale Vor allem dann wenn bereits bei der Planung das geeignete System beruumlcksichtigt wird Aber nicht nur im Neubau sondern auch bei Bestandsbauten lassen sich hohe Einsparungen erzielen
Der vorliegende Leitfaden zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten fuumlr eine effiziente Bereitstellung von Warmwasser in Wohnhausanlagen Er gibt eine Orientierung welches System fuumlr welches Objekt am besten geeignet ist Dabei werden drei Warmwassersysteme einander gegenuumlbergestellt und die Vor- und Nachteile abgewogen Betrachtet werden die zentrale Versorgung (4-Leiter-System) die dezentrale Versorgung und eine Mischform (2-Leiter-System mit Wohnungsstationen)
Erfolgreiche Umsetzungsbeispiele zeigen wie eine effiziente Warmwasserbereitung gelingen kann Demgegenuumlber sind auch negative Beispiele angefuumlhrt die verdeutlichen welche Stolpersteine es bei der Umsetzung zu beachten gibt
Nach wie vor steht bei der Warmwasserversorgung von Wohnhausanlagen hoher Komfort an erster Stelle Sowohl wassersparende Armaturen als auch effizientes NutzerInnenverhalten (duschen statt baden) sind zwar meist bekannt stehen allerdings oft im Widerspruch zu spontanen Beduumlrfnissen Durch vorausschauende Planung und optimierte Betriebsfuumlhrung kann ein effizientes Warmwassersystem einen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung leisten
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VORWORT Warmwasser effizient bereitstellen
Magordf Maria Vassilakou Vizebuumlrgermeisterin der Stadt Wien amtsfuumlhshyrende Stadtraumltin fuumlr Stadtentwicklung Verkehr Klimaschutz Energieplanung und BuumlrgerInnenbeteiligung
Magordf Maria Vassilakou
1 ENERGIEEINSATZ ZUR WARMWASSERBEREITUNG
11 Hintergrund
Fuumlr eine langfristig nachhaltige Energieversorgung gilt es zwei zentrale Themen zu beruumlcksichti-gen den menschlichen Anteil zum globalen Treibhauseffekt sowie die langfristige Sicherung der Energieressourcen
Die oft zitierten 20-20-20-Ziele der Europaumlischen Union zielen auf
Erhoumlhung der erneuerbaren Energietraumlger (Oumlsterreich 34 des Bruttoendenergieverbrauchs)
Reduktion der Treibhausgasemissionen (Oumlsterreich 21 im EU-ETS-Sektor 16 in den uumlbrigen Sektoren gegenuumlber 2005) sowie auf
eine Erhoumlhung der Energieeffizienz um 20 bis 2020 ab
Auf europaumlischer Ebene wurden auch langfristige Ziele (minus 40 Treibhausgasemissionen gegenuumlber 1990 Erhoumlhung auf 27 erneuerbarer Energietraumlger sowie +27 Energieeffizienz) bis 2030 vereinbart
Generell gilt die Maxime Jede kWh die durch Energieeffizienz eingespart wird muss nicht erst erzeugt werden
Rund ein Viertel des oumlsterreichischen Endenergieverbrauches (2013 1119 PJ) entfallen auf den Sektor Haushalte wobei rund 80 davon den Bereichen Raumwaumlrme und Warmwasser zuzurechnen sind (Statistik Austria 2013)
Gegenwaumlrtig uumlbersteigen die Aufwendungen fuumlr Heizung noch bei Weitem jene fuumlr Warmwas-ser ndash allerdings verschiebt sich die Gewichtung immer mehr Richtung Warmwasser wenn man beruumlcksichtigt dass Gebaumlude immer besser gedaumlmmt werden Bei einem Passiv- bzw Niedrigstenergiehaus uumlbertreffen bereits heute die Aufwendungen fuumlr Warmwasserbereitung jene fuumlr Heizung Auch bei zu sanierenden Gebaumluden schiebt sich die Frage der effizienten Warmwasserbereitung immer mehr in den Fokus der Uumlberlegungen
Nach wie vor zaumlhlen bei der Warmwasserversorgung von Mehrfamilienhaumlusern va hoher Komfort (Wasser in gewuumlnschter Menge und Temperatur moumlglichst ohne Wartezeit) kostenoptimierte Loumlsungen (insbesondere was laufende Kosten1 betrifft) aber auch aumlsthetische Gesichtspunkte (Haustechnik soll moumlglichst nicht sichtbar sein) Sowohl wassersparende Armaturen als auch bdquoeffizientes NutzerInnenverhaltenldquo wie zB bdquoduschen statt badenldquo sind zwar meist bekannt allerdings stehen diese oft im Widerspruch zu jeweils spontanen Beduumlrfnisse sowie zum Trend bdquoWellness im eigenen Badezimmerldquo
Hier gilt es durch vorausschauende Planung und optimierte Betriebsfuumlhrung dennoch einen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung zu leisten
1 Dieser Aspekt findet haumlufig zu wenig Beruumlcksichtigung da laufende Kosten nicht vom Errichter sondern vom spaumlteren Nutzer getragen werden
KAPITEL 1Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 1Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
Technologieleitfaden Warmwasser
12 Status Quo Wien
In Wien wurden im Jahr 2012 rund 7 PJ (1970 GWh) fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzt Das entspricht rund 16 des Gesamtendenergiebedarfs der Wiener Haushalte (Statistik Austria 2013)
2012 Anteile der Energietraumlger
Sonstige 3
Fernwaumlrme 32
Elektrische Energie 16
Naturgas 49
7
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013
Rund die Haumllfte der Energie stammt vom Energietraumlger Gas ein Drittel der Energie liefert in Wien die Fernwaumlrme
Das Fernwaumlrmenetz in Wien besteht aus rund 1200 km Rohrleitungen zaumlhlt zu den groumlszligten Fernwaumlrmenetzen Europas und versorgt rund 330000 Wohnungen und 6500 GroszligkundInshynen (Wien Energie GmbH 2013) Die Waumlrmeerzeugung der Fernwaumlrme Wien erfolgt zu einem Groszligteil aus Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen sowie aus Abwaumlrme der Industrie Zusaumltzlich wird rund ein Drittel der benoumltigten Waumlrme durch Muumlllverbrennungs- bzw Biomasseanlagen bereitgestellt Die Waumlrmeuumlbergabe an ein Mehrfamilienhaus geschieht durch eine sogenannte Hausstation (Waumlrmetauscher)
Bei Nutzung des Energietraumlgers Erdgas sind bezuumlglich der Warmwasserbereitung sowohl zentrale als auch dezentrale Ausfuumlhrungen uumlblich Zu den eingesetzten Geraumltetypen zaumlhlen Durchlauferhitzer Kombithermen Gas-Warmwasserspeicher und Brennwertgeraumlte
Der Anteil erneuerbarer Energie zur Warmwasserbereitung ist gegenwaumlrtig noch sehr gering Aktuell tragen in Wien im Bereich der privaten Haushalte Waumlrmepumpen mit rund 003 PJ (8 GWh) solarthermische Anlagen mit 006 PJ (16 GWh) zur Energieaufbringung fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasserbereitung bei Beide Werte sind jeweils noch unter 1 des relevanten Energieeinsatzes zur Warmwasserbereitung und liegen deutlich unter dem oumlsterreichischen Durchschnitt
2 SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN
Bereitstellung ndash Verteilung ndash Nutzung
Bei jedem Versuch der energetischen Optimierung der Warmwasserbereitung ist eine Gesamtsicht auf die Bereiche Bereitstellung ndash Verteilung ndash Nutzung erforderlich Zusaumltzlich ergeben sich ndash bei gegebenen Randbedingungen ndash auch jeweils innerhalb eines Systems Moumlg-lichkeiten zur Verbesserung Es ist jedoch festzuhalten dass es keine pauschale Aussage uumlber das bdquobeste Systemldquo gibt da dies von den jeweiligen oumlrtlichen Gegebenheiten (zB Anschluss an das Fernwaumlrmenetz Moumlglichkeit zur Nutzung von Erdwaumlrme oder Grundwasser) aber auch vom konkreten Betrieb bzw NutzerInnenverhalten abhaumlngt
Insgesamt ist es erforderlich die Effizienz der Warmwasserbereitung zusammen mit jener der Gebaumludeheizung zu betrachten da diese in vielen Faumlllen gemeinsam geloumlst wird bzw sich die Systeme zumindest beeinflussen
Zum Thema bdquobestes Systemdesignldquo in Hinblick auf energieeffiziente Warmwasserversorgung koumlnnen folgende Schlussfolgerungen gezogen werden
Bezogen auf die Summe aller Verluste schneiden dezentrale Loumlsungen (Warmwasser wird dort erzeugt wo es benoumltigt wird) am besten ab
Generell schneiden 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstationen2 in Hinblick auf die Ver-teilverluste energetisch besser ab als 4-Leiter-Systeme3 was vor allem auf geringere Leitungslaumlngen zuruumlckzufuumlhren ist
Um erneuerbare Energien im Mehrfamilienhausbereich einbinden zu koumlnnen sollten ndash bis auf die Ausnahmen der Kombination mit Photovoltaik und Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern ndash zentrale Loumlsungen4 bevorzugt werden Eine Ausnahme bilden weit verzweigte einzelne Abnehmer zB bei Reihenhaumlusern wo weiterhin zu dezentralen Loumlsungen geraten wird
Speziell bei Waumlrmepumpen ist ein effizienter Betrieb durch Trennung von Warm-wasserbereitung und Heizung zu erreichen Fuumlr diese Technologie sind die Vorteile der optimierten Erzeugung (4-Leiter-System) den Vorteilen der geringeren Verluste (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu beurteilen Wenn 2-Leiter-Systeme eingesetzt werden sollen so sind Loumlsungen mit niedrigen Systemtemperaturen und elektrischer Nachheizung zu bevorzugen
Aufgrund der Houmlhe der Verteilverluste (Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleitungen) bei zentralen Loumlsungen wird dringend angeraten bereits in der Planungsphase saumlmtliche Leitungslaumlngen zu optimieren und Verteilleitungen uumlber das geforderte5 Maszlig hinaus zu daumlmmen sowie die Moumlglichkeit der Nutzung von Inliner-Systemen6 zu erwaumlgen
Verluste bei der Waumlrmebereitstellung stellen bei zentralen Varianten den zweithoumlchsten Verlustanteil dar und koumlnnen durch eine intelligente Technologieauswahl und -optimie-rung reduziert werden (optimierte Auslegung Abstimmung der Warmwasser- Heizung- und Speicherkombinationen und regelungstechnische Einbindung laufendes Monitoring)
Hilfsenergie (Pumpen) und Speicherverluste nehmen eine untergeordnete Rolle ein Op-timierungen bei bestehenden (alten) Systemen (Pumpentausch zusaumltzliche Daumlmmungen bei Speichern) koumlnnen allerdings sehr wohl zu nennenswerten Einsparungen fuumlhren
2 Zentrale Waumlrmebereit-stellung fuumlr Heizung und Warmwasser Warmwasserbereitung dezentral
3 Zentrale Bereitstellung von Warmwasser und vom Heizungsvorlauf getrennte Verteilung
4 2-Leiter oder 4-Leiter-Systeme
5 Uumlber die in der OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken
6 Warmwasser- und Zirkulationsleitung in einem Rohr
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
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-
-
2-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
4-Leiter System
HEIZENERGIE-BEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwasser-waumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnik-energiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 ca 13 Verteilungs-
verluste verluste
ca 5 Abgabe-Speicher-Hilfsenergie-verluste
ca 8
verluste
Bereitstellungs-
ca 10
bedarf
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
shy
7 Der Warmwassershywaumlrmebedarf ist als
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen (oben) und 4-Leiter-Systemen (unten)7 flaumlchenbezogener De-
Quelle Darstellung ALLPLAN faultwert (127 kWh msup2a) gemaumlszlig OumlNORM 8110-5 festgelegt Er entspricht ca dem
Begriffsdefinitionen Wert wenn ein Liter Wasser um ca 30 degC (also beispielsweise
Warmwasserwaumlrmebedarf Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenverhalten von 8 degC auf 38 degC) erwaumlrmt wird Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleitungen
Bereitstellungsverluste Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten 8 Der Nutzungsgrad Technologie und vom Jahresnutzungsgrad8 beschreibt den Anteil
der im Energietraumlger Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher gespeicherten Energie
Abgabeverluste Verluste durch ungenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser der auch tatsaumlchlich
Hilfsenergiebedarf zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrmeshyenergie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
9
-
-
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
10
Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
Da aufgrund der hohen Verteilverluste vor allem bei 4-Leiter-Systemen annaumlhernd die doppelte Menge an Energie bereitgestellt werden muss kommt dem warmwassersparenden NutzerInshynenverhalten und auch den verwendeten Armaturen eine zentrale Rolle zu Installationsseitig koumlnnen Einsparungen va durch Strahlregler erzielt werden auch die Abwaumlrmenutzung aus dem Abwasser stellt eine Moumlglichkeit der Optimierung dar
Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung und ihre Anwendbarkeit in den drei Systemen werden in folgender Abbildung dargestellt
Dezentrale Versorgung Mischform
2-Leiter Systeme Zentrale Versorgung
4-Leiter Systeme
Energiesparende Armaturen einsetzen
Informationen zu Warmwasser sparenden NutzerInnenverhalten verteilen
Leitungslaumlngen optimieren (va bei zentraler Waumlrmebereitstellung)
Nach Moumlglichkeit dezentrale Abwaumlrme nutzen (zB dezentrale Waumlrmetauscher in Duschtassen)
Zusaumltzliche Daumlmmung der Verteilnetze
Nach Moumlglichkeit Systemshytemperaturen senken
Inliner-Systeme fuumlr Zirkulationsleitungen
(siehe Seite 27)
Nach Moumlglichkeit zentrale Abwaumlrmenutzung einsetzen (zB zentrale Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser)
Hydraulischer Abgleich Nutzung hocheffizienter Pumpen
Zusaumltzliche Daumlmmung des Warmwasserspeichers
Einbindung PV (Stromloumlsungen)
Einbindung PV (Stromloumlsungen) Nutzung Solarthermie Waumlrmepumpe Biomasse
Tab 1 Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung Quelle Darstellung ALLPLAN
LiterPerson und Tag (bei 60 degC)
Sozialer Wohnbau
Normaler Komfort
20 Liter
Mittlerer Komfort
40 Liter
Hoher Komfort
40 Liter
Allgemeiner Wohnbau 30 Liter 50 Liter 50 Liter
Gehobener Wohnbau 40 Liter 60 Liter 70 Liter
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
3 ARTEN DER WARMWASSERVERSORGUNG IM WOHNBAU
31 Systemdimensionierung
Die Planung der Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus erfordert die Beruumlcksichtigung des typischen Warmwasserbedarfs pro Person und Tag sowie Annahmen betreffend Gleichzeitigkeit
In der Literatur typischerweise angenommene Werte pro Person im Mehrfamilienhaus (siehe TABELLE 2) haumlngen von der Art des Wohnbaus sowie der jeweiligen Ausstattung ab Die typischen Zapfstellen umfassen Badewannen Brausen Waschtische (jeweils 45 degC) sowie Kuumlchenspuumllen (60 degC) Im Vergleich dazu wird in Buumlrogebaumluden uumlblicherweise mit einem niedrigeren Warmshywasserbedarf (10 ndash 40 lPerson und Tag) und durchgaumlngig niedrigeren Temperaturen (45 degC) gerechnet
Fuumlr die Planung wird uumlblicherweise mit einer Systemtemperatur von 60 degC sowie mit einer Kaltwassertemperatur von 10 degC gerechnet Zusaumltzlich werden Annahmen zum Bedarf von LiterPerson und Tag getroffen
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999
In uumlblichen Planungsrichtlinien wird ua auf eine Leitungsfuumlhrung auf dem kuumlrzesten Weg zwishyschen Wassererwaumlrmer und Zapfstellen ebenso wie auf die bdquonicht zu groszligzuumlgigeldquo Dimensionie-rung der Leitungen9 und eine durchgaumlngige Waumlrmedaumlmmung der Rohrleitungen inkl der Armaturen und Verbindungen hingewiesen
Die Dimensionierung der Leitungen haumlngt von der maximalen Entnahmeleistung pro Minute (ca 15 lMinute) sowie von Annahmen zur Gleichzeitigkeit des Bedarfs ab
Hierfuumlr werden Gleichzeitigkeitskurven angenommen welche uumlblicherweise den Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten bzw waumlhrend einer Stunde abbilden und jeweils mit der Anzahl der Wohneinheiten abnehmen Aktuelle Feldmessungen (Fenz 2012) zeigen dass in einigen Faumlllen die tatsaumlchliche Gleichzeitigkeit steiler abfaumlllt als in typischen Kurven angenommen und somit die eingesetzte Rohrdimension zu groszlig ist was zu zusaumltzlichen Waumlrmeverlusten fuumlhrt
shy
shy
9 In der Praxis sind haumlufig uumlberdimensionierte Systeme anzutreffen da sowohl bei der Planung als auch bei der Ausfuumlhrung noch Planungsreserven beruumlcksichtigt werden
11
70
60
50
40
30
20
10
Prozentuale Gleichzeitigkeit
0
4 Baumlder 20 Baumlder 100 Baumlder 500 Baumlder
Anzahl installierter Baumlder
Spitzenbedarf waumlhrend 1 Stunde oberer Bereich
Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten unterer Bereich
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
12
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999
Lastprofile fuumlr Warmwasser zeigen typischerweise tagesbezogene Unterschiede (Werktag Samstag Sonn- und Feiertag) (AGCS 2002) Typische Spitzen sind in den Morgen- und Abendshystunden zu erwarten Ausnahmen bilden die Lastprofile fuumlr SchichtarbeiterInnen haushaltsshyfuumlhrende Personen oder gibt es waumlhrend der Urlaubszeit
32 Systemarten
Die Waumlrme- und Warmwasserversorgung in Mehrfamilienhaumlusern kann uumlber verschiedene Arten erfolgen welche sich im Grad der Zentralisierung unterscheiden Die derzeit gaumlngigste Variante in Bestandsgebaumluden ist die zentrale Warmwasserversorgung mittels 4-Leiter-System Auch dezentrale Warmwasserbereitung mittels elektrischen oder gasbetriebenen Durchlauferhitzern ist weit verbreitet
Das Warmwasser-Verteilsystem kann je nach Systemdesign aus drei unterschiedlichen Leitungsshytypen bestehen Diese Leitungstypen unterscheiden sich dabei vor allem in der Rohrdimension Rohrlaumlnge bzw Verlegedichte aber auch durch die Positionierung und Leitungsfuumlhrung in der Gebaumludehuumllle Es wird unterschieden zwischen
Verteilleitungen Steigleitungen und
Anbindeleitungen
Warmwasserbereitung
gebaumludeshyzentral
Zentrale Versorgung
sehr haumlufig
wohnungszentral10
selten
dezentrale Versorgung
haumlufig
Heizung wohnungszentral
Gaskessel
kommt praktisch nicht vor
Gasetagenheizung Gastherme
haumlufig
Gaskessel Durchlauferhitzer
eher selten
dezentral
ndash Elektrospeicherheizung zentr Elektrospeicher
Elektrospeicherheizung Durchlauferhitzer
Sozialer Wohnbau sehr selten selten
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten von Systemdesigns der Warmwasservershysorgung in Mehrfamilienhaumlusern
shy
shy
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012
321 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Bei dieser Variante der zentralen Warmwasserversorgung fuumlhren jeweils zwei Leitungspaare (Vor-und Ruumlcklauf) fuumlr Heizung und Warmwasser getrennt in jede Wohnung Daruumlber hinaus gibt es oft noch zusaumltzliche Zirkulationsleitungen11 bis knapp vor die jeweiligen Zapfstellen
4-Leiter System
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Warmwasser
Zirkulation
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
Kaltwasser
1 Energiespeicher 2 zentraler Brauchwasser-Speicher 3 Warmwasser 4 Raumheizung 5 Speicher-Ladestation (inkl Waumlrmetauscher amp 2 Pumpen) 6 Heizungsumwaumllzpumpe 7 Zirkulationspumpe
1
5 5
5
6
7
2
3 4
Abb 4 Schema bdquoZentrale Versorgung (4-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
10 Wohnungszentrale Warmwasserbereishytung mit zentraler Heizung entspricht der bdquoMischformldquo (2-Leiter-System) im Bericht
11 OumlNORM ndash B 5019 Zusaumltzliche Leitung die das Verteilsystem zwischen dem Ende einer Warmwasser-Verteilleitung und dem Warmwassershybereiter schlieszligt und damit einen staumlndigen Kreislauf des erwaumlrmshyten Trinkwassers ermoumlglicht sowie keine direkten Entnahmeshystellen beinhaltet Die Zirkulationsleitung kann aus mehreren Zirkulationsstraumlngen und Zirkulationssamshymelleitungen besteshyhen Leitungen die das erwaumlrmte Trinkwasser zu den Entnahmestelshylen transportieren sind keine Zirkulatishyonsleitungen
13
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
14
Vorteile Kostenvorteile bei den Investitionskosten bei zentralem Einkauf
des Brennstoffes und in der Wartung erfordert keinen Platzbedarf in der Wohnung die Haustechnik ist bdquounsichtbarldquo im Technikraum hoher Komfort keine Beeinflussung der Schuumlttleistung12 durch
andere Zapfstellen in der Wohnung Energietraumlgerwechsel bzw Einbindung erneuerbarer Energie oder
Fernwaumlrme sind in der Regel ohne Aumlnderungen am Verteilsystem moumlglich ein zentraler Speicher weist weniger Speicherverluste auf als eine
Vielzahl kleiner Speicher (Verhaumlltnis Oberflaumlche zu Volumen) optimierte Systemdesigns fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasser
durch getrennte Speicher und ev Bereitstellung
Nachteile zusaumltzliche Energieaufwaumlnde Verluste und auch Kosten minusdurch laumlngere Leitungen minusdurch die Vorschriften zu den erforderlichen Mindesttemperaturen (geregelt in der
OumlNORM B 5019 ndash bdquoLegionellen-Normldquo) und daraus resultierende houmlhere Verantshywortung fuumlr die BetreiberInnen
322 Mischform (2-Leiter-System) Die sogenannten Wohnungsstationen stellen eine Mischform aus zentraler und dezentraler Versorgung dar Hier erfolgt die Waumlrmebereitstellung zentral die Warmwasserbereitung jedoch erst dezentral auf Wohnungsebene Als Option kann in den Wohnungen noch ein Tagesspeicher vorgesehen werden
2-Leiter System
1 Ruumlckschlagventil 2 Waumlrmetauscher im Solarkreis 3 3-Wegeshyventil 4 Solarkollektor 5 Umwaumllzpumpe im Solarkreis 6 Umwaumllzpumpe im Heizkreis 7 Waumlrmetauscher zur Speichershyladung 8 Raumheizung 9 Tagesspeicher (ca 150l)
8
11
1
5
5
2
4
6 3
3
7
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf
Warmwasser
Kaltwasser
WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
9
16
Abb 5 Schema bdquoMischform (2-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
12 Wasservolumen pro Zeit
Vorteile kein Platzbedarf in den Wohnungen fuumlr Speicher bzw Warmwasserbereiter Kostenvorteile bei zentralem Brennstoffeinkauf und Wartung anlassbezogene Warmwasserbereitung nur bei Zapfung reduzierte Bereitschaftsverluste reduzierte Verteilverluste aufgrund von geringeren Leitungslaumlngen
(keine Zirkulationsleitungen erforderlich) bdquoLegionellen-Normldquo (und damit hohe Systemtemperaturen) gilt nicht erhoumlhte Gesamteffizienz durch niedrige Ruumlcklauftemperaturen
fuumlr optimierten Betrieb von Solaranlagen und Brennwertkessel
Nachteile Vorlauftemperaturen nicht optimiert fuumlr Heizbetrieb
(va relevant beim Einsatz von Waumlrmepumpen) groumlszligere Durchmesser der Steig- und Verteilleitungen erforderlich
(Platzbedarf Leitungsverluste steigen) eventuelle Komforteinbuszligen bei gleichzeitiger Wasserentnahme
an verschiedenen Zapfstellen in der Wohnung zusaumltzlich hohe Kosten fuumlr die Wohnungsstationen (ca 1200 EURO pro Station)
323 Dezentrale Versorgung Dezentrale Warmwasserversorgung bedeutet Warmwasserbereitung am Ort des Bedarfs Dies kann entweder direkt bei der jeweiligen Zapfstelle sein oder aber an einem zentralen Ort innerhalb einer Wohnung in diesem Fall gibt es lediglich Anbindungsleitungen zu den Zapfstellen
In den meisten Faumlllen kommen als dezentrale Varianten Strom- oder Gasdurchlauferhitzer oder Warmwasserboiler zur Anwendung Bei Passivhaumlusern koumlnnen auch Luumlftungswaumlrmepumpen mit integrierter Warmwasserbereitung zum Einsatz kommen
Im Gegensatz zu zB Gasthermen fallen bei der direkten Waumlrmebereitstellung aus Strom nahezu keine Umwandlungsverluste an Allerdings muss Strom selbst erst durch Umwandlung bereitgestellt werden Dieser Umwandlungsprozess ist oft auch mit hohen Verlusten behaftet Ein korrekter Vergleich verschiedener Alternativen muumlsste uumlber den sogenannten Primaumlrener-gieeinsatz erfolgen Der Einsatz von Strom zur Bereitstellung von Warmwasser kann somit unter folgenden Rahmenbedingungen empfohlen werden
Wenn Strom (vorwiegend) mittels erneuerbarer Energie (wenn moumlglich vor Ort) bdquoerzeugtldquo wurde
Wenn Strom zum Nachheizenzur Spitzenabdeckung verwendet wird und somit das System fuumlr niedrigere Temperaturen ausgelegt werden kann bzw zur Erfuumlllung von Hygieneanforderungen
Wenn es sich um wenig kompakte Bauwerke handelt wo mit uumlberproportionalen Verteilverlusten gerechnet werden muss und somit zu einer dezentralen Versor-gung geraten wird
Fuumlr einzelne Zapfstellen (zB Kuumlche) falls eine Rohrverlegung unverhaumlltnismaumlszligig erscheint oder bei denen nur wenig Warmwasser benoumltigt wird
Waumlrmepumpen sollten nur dann zum Einsatz kommen wenn die Jahresarbeitszahl jedenfalls houmlher ist als der Primaumlrenergiefaktor des eingesetzten Stroms
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
15
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
16
Dezentrales System
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN
Verteilung -bzw Bereitstellungs
technologie
Gas
Strom
Ja
Nein
Zentrale Versorgung
Ja
Nein13
Mischform Dezentrale
Versorgung
Ja (Durchlauferhitzer Kombitherme)
Ja
Solarthermie Ja Ja Nein
Waumlrmepumpe Quelle ErdeWasser
Luftwaumlrmepumpe
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja (Luumlftungs-Kombination)
Biomasse Ja Ja Nein
Fernwaumlrme Ja Ja Nein
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Vorteile verbrauchsnahe Waumlrmeerzeugung dh kurze Leitungslaumlngen und geringe Verteilverluste geringerer Wasserverbrauch durch rasches Erreichen der gewuumlnschten Temperatur bedarfsbezogene Warmwasserbereitung weniger Bereitschaftsverluste Entfall von Verteil- und Steigleitungen (reduziert Investitionskosten und Verteilverluste)
Nachteile bdquoSichtbarkeitldquo der Haustechnik in der Wohnung
Platzbedarf und damit verbundene Kosten (jeder Quadratmeter zaumlhlt im urbanen Geschoszligwohnbau)
beschraumlnkte Moumlglichkeit der Nutzung von erneuerbaren Energietraumlgern
Einsatz von hohen Leistungen pro Wohnung erforderlich (Teillastbetrieb eventuelle Beschraumlnkungen bei der Zulaumlssigkeit der Nutzung von Strom-Loumlsungen)
33 Uumlbersicht Verteilsysteme
Nicht jede Technologie-Quelle eignet sich fuumlr jedes Verteilsystem Folgende Tabelle fasst die prinzipiellen Moumlglichkeiten zusammen
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN
13 Ausgenommen elektshyrische Nachheizung
17
-
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
18
14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
shyshy shy shy
shy
shy
shyshy
shy
shy
shy
Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
shy
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
22
20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
26
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
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Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
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Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
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Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
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Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
1 ENERGIEEINSATZ ZUR WARMWASSERBEREITUNG
11 Hintergrund
Fuumlr eine langfristig nachhaltige Energieversorgung gilt es zwei zentrale Themen zu beruumlcksichti-gen den menschlichen Anteil zum globalen Treibhauseffekt sowie die langfristige Sicherung der Energieressourcen
Die oft zitierten 20-20-20-Ziele der Europaumlischen Union zielen auf
Erhoumlhung der erneuerbaren Energietraumlger (Oumlsterreich 34 des Bruttoendenergieverbrauchs)
Reduktion der Treibhausgasemissionen (Oumlsterreich 21 im EU-ETS-Sektor 16 in den uumlbrigen Sektoren gegenuumlber 2005) sowie auf
eine Erhoumlhung der Energieeffizienz um 20 bis 2020 ab
Auf europaumlischer Ebene wurden auch langfristige Ziele (minus 40 Treibhausgasemissionen gegenuumlber 1990 Erhoumlhung auf 27 erneuerbarer Energietraumlger sowie +27 Energieeffizienz) bis 2030 vereinbart
Generell gilt die Maxime Jede kWh die durch Energieeffizienz eingespart wird muss nicht erst erzeugt werden
Rund ein Viertel des oumlsterreichischen Endenergieverbrauches (2013 1119 PJ) entfallen auf den Sektor Haushalte wobei rund 80 davon den Bereichen Raumwaumlrme und Warmwasser zuzurechnen sind (Statistik Austria 2013)
Gegenwaumlrtig uumlbersteigen die Aufwendungen fuumlr Heizung noch bei Weitem jene fuumlr Warmwas-ser ndash allerdings verschiebt sich die Gewichtung immer mehr Richtung Warmwasser wenn man beruumlcksichtigt dass Gebaumlude immer besser gedaumlmmt werden Bei einem Passiv- bzw Niedrigstenergiehaus uumlbertreffen bereits heute die Aufwendungen fuumlr Warmwasserbereitung jene fuumlr Heizung Auch bei zu sanierenden Gebaumluden schiebt sich die Frage der effizienten Warmwasserbereitung immer mehr in den Fokus der Uumlberlegungen
Nach wie vor zaumlhlen bei der Warmwasserversorgung von Mehrfamilienhaumlusern va hoher Komfort (Wasser in gewuumlnschter Menge und Temperatur moumlglichst ohne Wartezeit) kostenoptimierte Loumlsungen (insbesondere was laufende Kosten1 betrifft) aber auch aumlsthetische Gesichtspunkte (Haustechnik soll moumlglichst nicht sichtbar sein) Sowohl wassersparende Armaturen als auch bdquoeffizientes NutzerInnenverhaltenldquo wie zB bdquoduschen statt badenldquo sind zwar meist bekannt allerdings stehen diese oft im Widerspruch zu jeweils spontanen Beduumlrfnisse sowie zum Trend bdquoWellness im eigenen Badezimmerldquo
Hier gilt es durch vorausschauende Planung und optimierte Betriebsfuumlhrung dennoch einen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung zu leisten
1 Dieser Aspekt findet haumlufig zu wenig Beruumlcksichtigung da laufende Kosten nicht vom Errichter sondern vom spaumlteren Nutzer getragen werden
KAPITEL 1Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
Technologieleitfaden Warmwasser
6
KAPITEL 1Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
Technologieleitfaden Warmwasser
12 Status Quo Wien
In Wien wurden im Jahr 2012 rund 7 PJ (1970 GWh) fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzt Das entspricht rund 16 des Gesamtendenergiebedarfs der Wiener Haushalte (Statistik Austria 2013)
2012 Anteile der Energietraumlger
Sonstige 3
Fernwaumlrme 32
Elektrische Energie 16
Naturgas 49
7
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013
Rund die Haumllfte der Energie stammt vom Energietraumlger Gas ein Drittel der Energie liefert in Wien die Fernwaumlrme
Das Fernwaumlrmenetz in Wien besteht aus rund 1200 km Rohrleitungen zaumlhlt zu den groumlszligten Fernwaumlrmenetzen Europas und versorgt rund 330000 Wohnungen und 6500 GroszligkundInshynen (Wien Energie GmbH 2013) Die Waumlrmeerzeugung der Fernwaumlrme Wien erfolgt zu einem Groszligteil aus Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen sowie aus Abwaumlrme der Industrie Zusaumltzlich wird rund ein Drittel der benoumltigten Waumlrme durch Muumlllverbrennungs- bzw Biomasseanlagen bereitgestellt Die Waumlrmeuumlbergabe an ein Mehrfamilienhaus geschieht durch eine sogenannte Hausstation (Waumlrmetauscher)
Bei Nutzung des Energietraumlgers Erdgas sind bezuumlglich der Warmwasserbereitung sowohl zentrale als auch dezentrale Ausfuumlhrungen uumlblich Zu den eingesetzten Geraumltetypen zaumlhlen Durchlauferhitzer Kombithermen Gas-Warmwasserspeicher und Brennwertgeraumlte
Der Anteil erneuerbarer Energie zur Warmwasserbereitung ist gegenwaumlrtig noch sehr gering Aktuell tragen in Wien im Bereich der privaten Haushalte Waumlrmepumpen mit rund 003 PJ (8 GWh) solarthermische Anlagen mit 006 PJ (16 GWh) zur Energieaufbringung fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasserbereitung bei Beide Werte sind jeweils noch unter 1 des relevanten Energieeinsatzes zur Warmwasserbereitung und liegen deutlich unter dem oumlsterreichischen Durchschnitt
2 SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN
Bereitstellung ndash Verteilung ndash Nutzung
Bei jedem Versuch der energetischen Optimierung der Warmwasserbereitung ist eine Gesamtsicht auf die Bereiche Bereitstellung ndash Verteilung ndash Nutzung erforderlich Zusaumltzlich ergeben sich ndash bei gegebenen Randbedingungen ndash auch jeweils innerhalb eines Systems Moumlg-lichkeiten zur Verbesserung Es ist jedoch festzuhalten dass es keine pauschale Aussage uumlber das bdquobeste Systemldquo gibt da dies von den jeweiligen oumlrtlichen Gegebenheiten (zB Anschluss an das Fernwaumlrmenetz Moumlglichkeit zur Nutzung von Erdwaumlrme oder Grundwasser) aber auch vom konkreten Betrieb bzw NutzerInnenverhalten abhaumlngt
Insgesamt ist es erforderlich die Effizienz der Warmwasserbereitung zusammen mit jener der Gebaumludeheizung zu betrachten da diese in vielen Faumlllen gemeinsam geloumlst wird bzw sich die Systeme zumindest beeinflussen
Zum Thema bdquobestes Systemdesignldquo in Hinblick auf energieeffiziente Warmwasserversorgung koumlnnen folgende Schlussfolgerungen gezogen werden
Bezogen auf die Summe aller Verluste schneiden dezentrale Loumlsungen (Warmwasser wird dort erzeugt wo es benoumltigt wird) am besten ab
Generell schneiden 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstationen2 in Hinblick auf die Ver-teilverluste energetisch besser ab als 4-Leiter-Systeme3 was vor allem auf geringere Leitungslaumlngen zuruumlckzufuumlhren ist
Um erneuerbare Energien im Mehrfamilienhausbereich einbinden zu koumlnnen sollten ndash bis auf die Ausnahmen der Kombination mit Photovoltaik und Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern ndash zentrale Loumlsungen4 bevorzugt werden Eine Ausnahme bilden weit verzweigte einzelne Abnehmer zB bei Reihenhaumlusern wo weiterhin zu dezentralen Loumlsungen geraten wird
Speziell bei Waumlrmepumpen ist ein effizienter Betrieb durch Trennung von Warm-wasserbereitung und Heizung zu erreichen Fuumlr diese Technologie sind die Vorteile der optimierten Erzeugung (4-Leiter-System) den Vorteilen der geringeren Verluste (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu beurteilen Wenn 2-Leiter-Systeme eingesetzt werden sollen so sind Loumlsungen mit niedrigen Systemtemperaturen und elektrischer Nachheizung zu bevorzugen
Aufgrund der Houmlhe der Verteilverluste (Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleitungen) bei zentralen Loumlsungen wird dringend angeraten bereits in der Planungsphase saumlmtliche Leitungslaumlngen zu optimieren und Verteilleitungen uumlber das geforderte5 Maszlig hinaus zu daumlmmen sowie die Moumlglichkeit der Nutzung von Inliner-Systemen6 zu erwaumlgen
Verluste bei der Waumlrmebereitstellung stellen bei zentralen Varianten den zweithoumlchsten Verlustanteil dar und koumlnnen durch eine intelligente Technologieauswahl und -optimie-rung reduziert werden (optimierte Auslegung Abstimmung der Warmwasser- Heizung- und Speicherkombinationen und regelungstechnische Einbindung laufendes Monitoring)
Hilfsenergie (Pumpen) und Speicherverluste nehmen eine untergeordnete Rolle ein Op-timierungen bei bestehenden (alten) Systemen (Pumpentausch zusaumltzliche Daumlmmungen bei Speichern) koumlnnen allerdings sehr wohl zu nennenswerten Einsparungen fuumlhren
2 Zentrale Waumlrmebereit-stellung fuumlr Heizung und Warmwasser Warmwasserbereitung dezentral
3 Zentrale Bereitstellung von Warmwasser und vom Heizungsvorlauf getrennte Verteilung
4 2-Leiter oder 4-Leiter-Systeme
5 Uumlber die in der OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken
6 Warmwasser- und Zirkulationsleitung in einem Rohr
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
8
-
-
2-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
4-Leiter System
HEIZENERGIE-BEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwasser-waumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnik-energiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 ca 13 Verteilungs-
verluste verluste
ca 5 Abgabe-Speicher-Hilfsenergie-verluste
ca 8
verluste
Bereitstellungs-
ca 10
bedarf
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
shy
7 Der Warmwassershywaumlrmebedarf ist als
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen (oben) und 4-Leiter-Systemen (unten)7 flaumlchenbezogener De-
Quelle Darstellung ALLPLAN faultwert (127 kWh msup2a) gemaumlszlig OumlNORM 8110-5 festgelegt Er entspricht ca dem
Begriffsdefinitionen Wert wenn ein Liter Wasser um ca 30 degC (also beispielsweise
Warmwasserwaumlrmebedarf Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenverhalten von 8 degC auf 38 degC) erwaumlrmt wird Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleitungen
Bereitstellungsverluste Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten 8 Der Nutzungsgrad Technologie und vom Jahresnutzungsgrad8 beschreibt den Anteil
der im Energietraumlger Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher gespeicherten Energie
Abgabeverluste Verluste durch ungenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser der auch tatsaumlchlich
Hilfsenergiebedarf zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrmeshyenergie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
9
-
-
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
10
Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
Da aufgrund der hohen Verteilverluste vor allem bei 4-Leiter-Systemen annaumlhernd die doppelte Menge an Energie bereitgestellt werden muss kommt dem warmwassersparenden NutzerInshynenverhalten und auch den verwendeten Armaturen eine zentrale Rolle zu Installationsseitig koumlnnen Einsparungen va durch Strahlregler erzielt werden auch die Abwaumlrmenutzung aus dem Abwasser stellt eine Moumlglichkeit der Optimierung dar
Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung und ihre Anwendbarkeit in den drei Systemen werden in folgender Abbildung dargestellt
Dezentrale Versorgung Mischform
2-Leiter Systeme Zentrale Versorgung
4-Leiter Systeme
Energiesparende Armaturen einsetzen
Informationen zu Warmwasser sparenden NutzerInnenverhalten verteilen
Leitungslaumlngen optimieren (va bei zentraler Waumlrmebereitstellung)
Nach Moumlglichkeit dezentrale Abwaumlrme nutzen (zB dezentrale Waumlrmetauscher in Duschtassen)
Zusaumltzliche Daumlmmung der Verteilnetze
Nach Moumlglichkeit Systemshytemperaturen senken
Inliner-Systeme fuumlr Zirkulationsleitungen
(siehe Seite 27)
Nach Moumlglichkeit zentrale Abwaumlrmenutzung einsetzen (zB zentrale Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser)
Hydraulischer Abgleich Nutzung hocheffizienter Pumpen
Zusaumltzliche Daumlmmung des Warmwasserspeichers
Einbindung PV (Stromloumlsungen)
Einbindung PV (Stromloumlsungen) Nutzung Solarthermie Waumlrmepumpe Biomasse
Tab 1 Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung Quelle Darstellung ALLPLAN
LiterPerson und Tag (bei 60 degC)
Sozialer Wohnbau
Normaler Komfort
20 Liter
Mittlerer Komfort
40 Liter
Hoher Komfort
40 Liter
Allgemeiner Wohnbau 30 Liter 50 Liter 50 Liter
Gehobener Wohnbau 40 Liter 60 Liter 70 Liter
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
3 ARTEN DER WARMWASSERVERSORGUNG IM WOHNBAU
31 Systemdimensionierung
Die Planung der Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus erfordert die Beruumlcksichtigung des typischen Warmwasserbedarfs pro Person und Tag sowie Annahmen betreffend Gleichzeitigkeit
In der Literatur typischerweise angenommene Werte pro Person im Mehrfamilienhaus (siehe TABELLE 2) haumlngen von der Art des Wohnbaus sowie der jeweiligen Ausstattung ab Die typischen Zapfstellen umfassen Badewannen Brausen Waschtische (jeweils 45 degC) sowie Kuumlchenspuumllen (60 degC) Im Vergleich dazu wird in Buumlrogebaumluden uumlblicherweise mit einem niedrigeren Warmshywasserbedarf (10 ndash 40 lPerson und Tag) und durchgaumlngig niedrigeren Temperaturen (45 degC) gerechnet
Fuumlr die Planung wird uumlblicherweise mit einer Systemtemperatur von 60 degC sowie mit einer Kaltwassertemperatur von 10 degC gerechnet Zusaumltzlich werden Annahmen zum Bedarf von LiterPerson und Tag getroffen
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999
In uumlblichen Planungsrichtlinien wird ua auf eine Leitungsfuumlhrung auf dem kuumlrzesten Weg zwishyschen Wassererwaumlrmer und Zapfstellen ebenso wie auf die bdquonicht zu groszligzuumlgigeldquo Dimensionie-rung der Leitungen9 und eine durchgaumlngige Waumlrmedaumlmmung der Rohrleitungen inkl der Armaturen und Verbindungen hingewiesen
Die Dimensionierung der Leitungen haumlngt von der maximalen Entnahmeleistung pro Minute (ca 15 lMinute) sowie von Annahmen zur Gleichzeitigkeit des Bedarfs ab
Hierfuumlr werden Gleichzeitigkeitskurven angenommen welche uumlblicherweise den Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten bzw waumlhrend einer Stunde abbilden und jeweils mit der Anzahl der Wohneinheiten abnehmen Aktuelle Feldmessungen (Fenz 2012) zeigen dass in einigen Faumlllen die tatsaumlchliche Gleichzeitigkeit steiler abfaumlllt als in typischen Kurven angenommen und somit die eingesetzte Rohrdimension zu groszlig ist was zu zusaumltzlichen Waumlrmeverlusten fuumlhrt
shy
shy
9 In der Praxis sind haumlufig uumlberdimensionierte Systeme anzutreffen da sowohl bei der Planung als auch bei der Ausfuumlhrung noch Planungsreserven beruumlcksichtigt werden
11
70
60
50
40
30
20
10
Prozentuale Gleichzeitigkeit
0
4 Baumlder 20 Baumlder 100 Baumlder 500 Baumlder
Anzahl installierter Baumlder
Spitzenbedarf waumlhrend 1 Stunde oberer Bereich
Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten unterer Bereich
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
12
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999
Lastprofile fuumlr Warmwasser zeigen typischerweise tagesbezogene Unterschiede (Werktag Samstag Sonn- und Feiertag) (AGCS 2002) Typische Spitzen sind in den Morgen- und Abendshystunden zu erwarten Ausnahmen bilden die Lastprofile fuumlr SchichtarbeiterInnen haushaltsshyfuumlhrende Personen oder gibt es waumlhrend der Urlaubszeit
32 Systemarten
Die Waumlrme- und Warmwasserversorgung in Mehrfamilienhaumlusern kann uumlber verschiedene Arten erfolgen welche sich im Grad der Zentralisierung unterscheiden Die derzeit gaumlngigste Variante in Bestandsgebaumluden ist die zentrale Warmwasserversorgung mittels 4-Leiter-System Auch dezentrale Warmwasserbereitung mittels elektrischen oder gasbetriebenen Durchlauferhitzern ist weit verbreitet
Das Warmwasser-Verteilsystem kann je nach Systemdesign aus drei unterschiedlichen Leitungsshytypen bestehen Diese Leitungstypen unterscheiden sich dabei vor allem in der Rohrdimension Rohrlaumlnge bzw Verlegedichte aber auch durch die Positionierung und Leitungsfuumlhrung in der Gebaumludehuumllle Es wird unterschieden zwischen
Verteilleitungen Steigleitungen und
Anbindeleitungen
Warmwasserbereitung
gebaumludeshyzentral
Zentrale Versorgung
sehr haumlufig
wohnungszentral10
selten
dezentrale Versorgung
haumlufig
Heizung wohnungszentral
Gaskessel
kommt praktisch nicht vor
Gasetagenheizung Gastherme
haumlufig
Gaskessel Durchlauferhitzer
eher selten
dezentral
ndash Elektrospeicherheizung zentr Elektrospeicher
Elektrospeicherheizung Durchlauferhitzer
Sozialer Wohnbau sehr selten selten
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten von Systemdesigns der Warmwasservershysorgung in Mehrfamilienhaumlusern
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Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012
321 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Bei dieser Variante der zentralen Warmwasserversorgung fuumlhren jeweils zwei Leitungspaare (Vor-und Ruumlcklauf) fuumlr Heizung und Warmwasser getrennt in jede Wohnung Daruumlber hinaus gibt es oft noch zusaumltzliche Zirkulationsleitungen11 bis knapp vor die jeweiligen Zapfstellen
4-Leiter System
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Warmwasser
Zirkulation
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
Kaltwasser
1 Energiespeicher 2 zentraler Brauchwasser-Speicher 3 Warmwasser 4 Raumheizung 5 Speicher-Ladestation (inkl Waumlrmetauscher amp 2 Pumpen) 6 Heizungsumwaumllzpumpe 7 Zirkulationspumpe
1
5 5
5
6
7
2
3 4
Abb 4 Schema bdquoZentrale Versorgung (4-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
10 Wohnungszentrale Warmwasserbereishytung mit zentraler Heizung entspricht der bdquoMischformldquo (2-Leiter-System) im Bericht
11 OumlNORM ndash B 5019 Zusaumltzliche Leitung die das Verteilsystem zwischen dem Ende einer Warmwasser-Verteilleitung und dem Warmwassershybereiter schlieszligt und damit einen staumlndigen Kreislauf des erwaumlrmshyten Trinkwassers ermoumlglicht sowie keine direkten Entnahmeshystellen beinhaltet Die Zirkulationsleitung kann aus mehreren Zirkulationsstraumlngen und Zirkulationssamshymelleitungen besteshyhen Leitungen die das erwaumlrmte Trinkwasser zu den Entnahmestelshylen transportieren sind keine Zirkulatishyonsleitungen
13
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
14
Vorteile Kostenvorteile bei den Investitionskosten bei zentralem Einkauf
des Brennstoffes und in der Wartung erfordert keinen Platzbedarf in der Wohnung die Haustechnik ist bdquounsichtbarldquo im Technikraum hoher Komfort keine Beeinflussung der Schuumlttleistung12 durch
andere Zapfstellen in der Wohnung Energietraumlgerwechsel bzw Einbindung erneuerbarer Energie oder
Fernwaumlrme sind in der Regel ohne Aumlnderungen am Verteilsystem moumlglich ein zentraler Speicher weist weniger Speicherverluste auf als eine
Vielzahl kleiner Speicher (Verhaumlltnis Oberflaumlche zu Volumen) optimierte Systemdesigns fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasser
durch getrennte Speicher und ev Bereitstellung
Nachteile zusaumltzliche Energieaufwaumlnde Verluste und auch Kosten minusdurch laumlngere Leitungen minusdurch die Vorschriften zu den erforderlichen Mindesttemperaturen (geregelt in der
OumlNORM B 5019 ndash bdquoLegionellen-Normldquo) und daraus resultierende houmlhere Verantshywortung fuumlr die BetreiberInnen
322 Mischform (2-Leiter-System) Die sogenannten Wohnungsstationen stellen eine Mischform aus zentraler und dezentraler Versorgung dar Hier erfolgt die Waumlrmebereitstellung zentral die Warmwasserbereitung jedoch erst dezentral auf Wohnungsebene Als Option kann in den Wohnungen noch ein Tagesspeicher vorgesehen werden
2-Leiter System
1 Ruumlckschlagventil 2 Waumlrmetauscher im Solarkreis 3 3-Wegeshyventil 4 Solarkollektor 5 Umwaumllzpumpe im Solarkreis 6 Umwaumllzpumpe im Heizkreis 7 Waumlrmetauscher zur Speichershyladung 8 Raumheizung 9 Tagesspeicher (ca 150l)
8
11
1
5
5
2
4
6 3
3
7
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf
Warmwasser
Kaltwasser
WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
9
16
Abb 5 Schema bdquoMischform (2-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
12 Wasservolumen pro Zeit
Vorteile kein Platzbedarf in den Wohnungen fuumlr Speicher bzw Warmwasserbereiter Kostenvorteile bei zentralem Brennstoffeinkauf und Wartung anlassbezogene Warmwasserbereitung nur bei Zapfung reduzierte Bereitschaftsverluste reduzierte Verteilverluste aufgrund von geringeren Leitungslaumlngen
(keine Zirkulationsleitungen erforderlich) bdquoLegionellen-Normldquo (und damit hohe Systemtemperaturen) gilt nicht erhoumlhte Gesamteffizienz durch niedrige Ruumlcklauftemperaturen
fuumlr optimierten Betrieb von Solaranlagen und Brennwertkessel
Nachteile Vorlauftemperaturen nicht optimiert fuumlr Heizbetrieb
(va relevant beim Einsatz von Waumlrmepumpen) groumlszligere Durchmesser der Steig- und Verteilleitungen erforderlich
(Platzbedarf Leitungsverluste steigen) eventuelle Komforteinbuszligen bei gleichzeitiger Wasserentnahme
an verschiedenen Zapfstellen in der Wohnung zusaumltzlich hohe Kosten fuumlr die Wohnungsstationen (ca 1200 EURO pro Station)
323 Dezentrale Versorgung Dezentrale Warmwasserversorgung bedeutet Warmwasserbereitung am Ort des Bedarfs Dies kann entweder direkt bei der jeweiligen Zapfstelle sein oder aber an einem zentralen Ort innerhalb einer Wohnung in diesem Fall gibt es lediglich Anbindungsleitungen zu den Zapfstellen
In den meisten Faumlllen kommen als dezentrale Varianten Strom- oder Gasdurchlauferhitzer oder Warmwasserboiler zur Anwendung Bei Passivhaumlusern koumlnnen auch Luumlftungswaumlrmepumpen mit integrierter Warmwasserbereitung zum Einsatz kommen
Im Gegensatz zu zB Gasthermen fallen bei der direkten Waumlrmebereitstellung aus Strom nahezu keine Umwandlungsverluste an Allerdings muss Strom selbst erst durch Umwandlung bereitgestellt werden Dieser Umwandlungsprozess ist oft auch mit hohen Verlusten behaftet Ein korrekter Vergleich verschiedener Alternativen muumlsste uumlber den sogenannten Primaumlrener-gieeinsatz erfolgen Der Einsatz von Strom zur Bereitstellung von Warmwasser kann somit unter folgenden Rahmenbedingungen empfohlen werden
Wenn Strom (vorwiegend) mittels erneuerbarer Energie (wenn moumlglich vor Ort) bdquoerzeugtldquo wurde
Wenn Strom zum Nachheizenzur Spitzenabdeckung verwendet wird und somit das System fuumlr niedrigere Temperaturen ausgelegt werden kann bzw zur Erfuumlllung von Hygieneanforderungen
Wenn es sich um wenig kompakte Bauwerke handelt wo mit uumlberproportionalen Verteilverlusten gerechnet werden muss und somit zu einer dezentralen Versor-gung geraten wird
Fuumlr einzelne Zapfstellen (zB Kuumlche) falls eine Rohrverlegung unverhaumlltnismaumlszligig erscheint oder bei denen nur wenig Warmwasser benoumltigt wird
Waumlrmepumpen sollten nur dann zum Einsatz kommen wenn die Jahresarbeitszahl jedenfalls houmlher ist als der Primaumlrenergiefaktor des eingesetzten Stroms
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
15
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
16
Dezentrales System
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN
Verteilung -bzw Bereitstellungs
technologie
Gas
Strom
Ja
Nein
Zentrale Versorgung
Ja
Nein13
Mischform Dezentrale
Versorgung
Ja (Durchlauferhitzer Kombitherme)
Ja
Solarthermie Ja Ja Nein
Waumlrmepumpe Quelle ErdeWasser
Luftwaumlrmepumpe
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja (Luumlftungs-Kombination)
Biomasse Ja Ja Nein
Fernwaumlrme Ja Ja Nein
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Vorteile verbrauchsnahe Waumlrmeerzeugung dh kurze Leitungslaumlngen und geringe Verteilverluste geringerer Wasserverbrauch durch rasches Erreichen der gewuumlnschten Temperatur bedarfsbezogene Warmwasserbereitung weniger Bereitschaftsverluste Entfall von Verteil- und Steigleitungen (reduziert Investitionskosten und Verteilverluste)
Nachteile bdquoSichtbarkeitldquo der Haustechnik in der Wohnung
Platzbedarf und damit verbundene Kosten (jeder Quadratmeter zaumlhlt im urbanen Geschoszligwohnbau)
beschraumlnkte Moumlglichkeit der Nutzung von erneuerbaren Energietraumlgern
Einsatz von hohen Leistungen pro Wohnung erforderlich (Teillastbetrieb eventuelle Beschraumlnkungen bei der Zulaumlssigkeit der Nutzung von Strom-Loumlsungen)
33 Uumlbersicht Verteilsysteme
Nicht jede Technologie-Quelle eignet sich fuumlr jedes Verteilsystem Folgende Tabelle fasst die prinzipiellen Moumlglichkeiten zusammen
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN
13 Ausgenommen elektshyrische Nachheizung
17
-
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KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
18
14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
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Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
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42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
22
20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
26
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
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Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
shy
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
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Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
48
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
KAPITEL 1Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
Technologieleitfaden Warmwasser
12 Status Quo Wien
In Wien wurden im Jahr 2012 rund 7 PJ (1970 GWh) fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzt Das entspricht rund 16 des Gesamtendenergiebedarfs der Wiener Haushalte (Statistik Austria 2013)
2012 Anteile der Energietraumlger
Sonstige 3
Fernwaumlrme 32
Elektrische Energie 16
Naturgas 49
7
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013
Rund die Haumllfte der Energie stammt vom Energietraumlger Gas ein Drittel der Energie liefert in Wien die Fernwaumlrme
Das Fernwaumlrmenetz in Wien besteht aus rund 1200 km Rohrleitungen zaumlhlt zu den groumlszligten Fernwaumlrmenetzen Europas und versorgt rund 330000 Wohnungen und 6500 GroszligkundInshynen (Wien Energie GmbH 2013) Die Waumlrmeerzeugung der Fernwaumlrme Wien erfolgt zu einem Groszligteil aus Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen sowie aus Abwaumlrme der Industrie Zusaumltzlich wird rund ein Drittel der benoumltigten Waumlrme durch Muumlllverbrennungs- bzw Biomasseanlagen bereitgestellt Die Waumlrmeuumlbergabe an ein Mehrfamilienhaus geschieht durch eine sogenannte Hausstation (Waumlrmetauscher)
Bei Nutzung des Energietraumlgers Erdgas sind bezuumlglich der Warmwasserbereitung sowohl zentrale als auch dezentrale Ausfuumlhrungen uumlblich Zu den eingesetzten Geraumltetypen zaumlhlen Durchlauferhitzer Kombithermen Gas-Warmwasserspeicher und Brennwertgeraumlte
Der Anteil erneuerbarer Energie zur Warmwasserbereitung ist gegenwaumlrtig noch sehr gering Aktuell tragen in Wien im Bereich der privaten Haushalte Waumlrmepumpen mit rund 003 PJ (8 GWh) solarthermische Anlagen mit 006 PJ (16 GWh) zur Energieaufbringung fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasserbereitung bei Beide Werte sind jeweils noch unter 1 des relevanten Energieeinsatzes zur Warmwasserbereitung und liegen deutlich unter dem oumlsterreichischen Durchschnitt
2 SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN
Bereitstellung ndash Verteilung ndash Nutzung
Bei jedem Versuch der energetischen Optimierung der Warmwasserbereitung ist eine Gesamtsicht auf die Bereiche Bereitstellung ndash Verteilung ndash Nutzung erforderlich Zusaumltzlich ergeben sich ndash bei gegebenen Randbedingungen ndash auch jeweils innerhalb eines Systems Moumlg-lichkeiten zur Verbesserung Es ist jedoch festzuhalten dass es keine pauschale Aussage uumlber das bdquobeste Systemldquo gibt da dies von den jeweiligen oumlrtlichen Gegebenheiten (zB Anschluss an das Fernwaumlrmenetz Moumlglichkeit zur Nutzung von Erdwaumlrme oder Grundwasser) aber auch vom konkreten Betrieb bzw NutzerInnenverhalten abhaumlngt
Insgesamt ist es erforderlich die Effizienz der Warmwasserbereitung zusammen mit jener der Gebaumludeheizung zu betrachten da diese in vielen Faumlllen gemeinsam geloumlst wird bzw sich die Systeme zumindest beeinflussen
Zum Thema bdquobestes Systemdesignldquo in Hinblick auf energieeffiziente Warmwasserversorgung koumlnnen folgende Schlussfolgerungen gezogen werden
Bezogen auf die Summe aller Verluste schneiden dezentrale Loumlsungen (Warmwasser wird dort erzeugt wo es benoumltigt wird) am besten ab
Generell schneiden 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstationen2 in Hinblick auf die Ver-teilverluste energetisch besser ab als 4-Leiter-Systeme3 was vor allem auf geringere Leitungslaumlngen zuruumlckzufuumlhren ist
Um erneuerbare Energien im Mehrfamilienhausbereich einbinden zu koumlnnen sollten ndash bis auf die Ausnahmen der Kombination mit Photovoltaik und Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern ndash zentrale Loumlsungen4 bevorzugt werden Eine Ausnahme bilden weit verzweigte einzelne Abnehmer zB bei Reihenhaumlusern wo weiterhin zu dezentralen Loumlsungen geraten wird
Speziell bei Waumlrmepumpen ist ein effizienter Betrieb durch Trennung von Warm-wasserbereitung und Heizung zu erreichen Fuumlr diese Technologie sind die Vorteile der optimierten Erzeugung (4-Leiter-System) den Vorteilen der geringeren Verluste (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu beurteilen Wenn 2-Leiter-Systeme eingesetzt werden sollen so sind Loumlsungen mit niedrigen Systemtemperaturen und elektrischer Nachheizung zu bevorzugen
Aufgrund der Houmlhe der Verteilverluste (Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleitungen) bei zentralen Loumlsungen wird dringend angeraten bereits in der Planungsphase saumlmtliche Leitungslaumlngen zu optimieren und Verteilleitungen uumlber das geforderte5 Maszlig hinaus zu daumlmmen sowie die Moumlglichkeit der Nutzung von Inliner-Systemen6 zu erwaumlgen
Verluste bei der Waumlrmebereitstellung stellen bei zentralen Varianten den zweithoumlchsten Verlustanteil dar und koumlnnen durch eine intelligente Technologieauswahl und -optimie-rung reduziert werden (optimierte Auslegung Abstimmung der Warmwasser- Heizung- und Speicherkombinationen und regelungstechnische Einbindung laufendes Monitoring)
Hilfsenergie (Pumpen) und Speicherverluste nehmen eine untergeordnete Rolle ein Op-timierungen bei bestehenden (alten) Systemen (Pumpentausch zusaumltzliche Daumlmmungen bei Speichern) koumlnnen allerdings sehr wohl zu nennenswerten Einsparungen fuumlhren
2 Zentrale Waumlrmebereit-stellung fuumlr Heizung und Warmwasser Warmwasserbereitung dezentral
3 Zentrale Bereitstellung von Warmwasser und vom Heizungsvorlauf getrennte Verteilung
4 2-Leiter oder 4-Leiter-Systeme
5 Uumlber die in der OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken
6 Warmwasser- und Zirkulationsleitung in einem Rohr
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
8
-
-
2-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
4-Leiter System
HEIZENERGIE-BEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwasser-waumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnik-energiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 ca 13 Verteilungs-
verluste verluste
ca 5 Abgabe-Speicher-Hilfsenergie-verluste
ca 8
verluste
Bereitstellungs-
ca 10
bedarf
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
shy
7 Der Warmwassershywaumlrmebedarf ist als
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen (oben) und 4-Leiter-Systemen (unten)7 flaumlchenbezogener De-
Quelle Darstellung ALLPLAN faultwert (127 kWh msup2a) gemaumlszlig OumlNORM 8110-5 festgelegt Er entspricht ca dem
Begriffsdefinitionen Wert wenn ein Liter Wasser um ca 30 degC (also beispielsweise
Warmwasserwaumlrmebedarf Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenverhalten von 8 degC auf 38 degC) erwaumlrmt wird Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleitungen
Bereitstellungsverluste Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten 8 Der Nutzungsgrad Technologie und vom Jahresnutzungsgrad8 beschreibt den Anteil
der im Energietraumlger Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher gespeicherten Energie
Abgabeverluste Verluste durch ungenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser der auch tatsaumlchlich
Hilfsenergiebedarf zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrmeshyenergie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
9
-
-
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
10
Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
Da aufgrund der hohen Verteilverluste vor allem bei 4-Leiter-Systemen annaumlhernd die doppelte Menge an Energie bereitgestellt werden muss kommt dem warmwassersparenden NutzerInshynenverhalten und auch den verwendeten Armaturen eine zentrale Rolle zu Installationsseitig koumlnnen Einsparungen va durch Strahlregler erzielt werden auch die Abwaumlrmenutzung aus dem Abwasser stellt eine Moumlglichkeit der Optimierung dar
Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung und ihre Anwendbarkeit in den drei Systemen werden in folgender Abbildung dargestellt
Dezentrale Versorgung Mischform
2-Leiter Systeme Zentrale Versorgung
4-Leiter Systeme
Energiesparende Armaturen einsetzen
Informationen zu Warmwasser sparenden NutzerInnenverhalten verteilen
Leitungslaumlngen optimieren (va bei zentraler Waumlrmebereitstellung)
Nach Moumlglichkeit dezentrale Abwaumlrme nutzen (zB dezentrale Waumlrmetauscher in Duschtassen)
Zusaumltzliche Daumlmmung der Verteilnetze
Nach Moumlglichkeit Systemshytemperaturen senken
Inliner-Systeme fuumlr Zirkulationsleitungen
(siehe Seite 27)
Nach Moumlglichkeit zentrale Abwaumlrmenutzung einsetzen (zB zentrale Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser)
Hydraulischer Abgleich Nutzung hocheffizienter Pumpen
Zusaumltzliche Daumlmmung des Warmwasserspeichers
Einbindung PV (Stromloumlsungen)
Einbindung PV (Stromloumlsungen) Nutzung Solarthermie Waumlrmepumpe Biomasse
Tab 1 Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung Quelle Darstellung ALLPLAN
LiterPerson und Tag (bei 60 degC)
Sozialer Wohnbau
Normaler Komfort
20 Liter
Mittlerer Komfort
40 Liter
Hoher Komfort
40 Liter
Allgemeiner Wohnbau 30 Liter 50 Liter 50 Liter
Gehobener Wohnbau 40 Liter 60 Liter 70 Liter
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
3 ARTEN DER WARMWASSERVERSORGUNG IM WOHNBAU
31 Systemdimensionierung
Die Planung der Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus erfordert die Beruumlcksichtigung des typischen Warmwasserbedarfs pro Person und Tag sowie Annahmen betreffend Gleichzeitigkeit
In der Literatur typischerweise angenommene Werte pro Person im Mehrfamilienhaus (siehe TABELLE 2) haumlngen von der Art des Wohnbaus sowie der jeweiligen Ausstattung ab Die typischen Zapfstellen umfassen Badewannen Brausen Waschtische (jeweils 45 degC) sowie Kuumlchenspuumllen (60 degC) Im Vergleich dazu wird in Buumlrogebaumluden uumlblicherweise mit einem niedrigeren Warmshywasserbedarf (10 ndash 40 lPerson und Tag) und durchgaumlngig niedrigeren Temperaturen (45 degC) gerechnet
Fuumlr die Planung wird uumlblicherweise mit einer Systemtemperatur von 60 degC sowie mit einer Kaltwassertemperatur von 10 degC gerechnet Zusaumltzlich werden Annahmen zum Bedarf von LiterPerson und Tag getroffen
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999
In uumlblichen Planungsrichtlinien wird ua auf eine Leitungsfuumlhrung auf dem kuumlrzesten Weg zwishyschen Wassererwaumlrmer und Zapfstellen ebenso wie auf die bdquonicht zu groszligzuumlgigeldquo Dimensionie-rung der Leitungen9 und eine durchgaumlngige Waumlrmedaumlmmung der Rohrleitungen inkl der Armaturen und Verbindungen hingewiesen
Die Dimensionierung der Leitungen haumlngt von der maximalen Entnahmeleistung pro Minute (ca 15 lMinute) sowie von Annahmen zur Gleichzeitigkeit des Bedarfs ab
Hierfuumlr werden Gleichzeitigkeitskurven angenommen welche uumlblicherweise den Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten bzw waumlhrend einer Stunde abbilden und jeweils mit der Anzahl der Wohneinheiten abnehmen Aktuelle Feldmessungen (Fenz 2012) zeigen dass in einigen Faumlllen die tatsaumlchliche Gleichzeitigkeit steiler abfaumlllt als in typischen Kurven angenommen und somit die eingesetzte Rohrdimension zu groszlig ist was zu zusaumltzlichen Waumlrmeverlusten fuumlhrt
shy
shy
9 In der Praxis sind haumlufig uumlberdimensionierte Systeme anzutreffen da sowohl bei der Planung als auch bei der Ausfuumlhrung noch Planungsreserven beruumlcksichtigt werden
11
70
60
50
40
30
20
10
Prozentuale Gleichzeitigkeit
0
4 Baumlder 20 Baumlder 100 Baumlder 500 Baumlder
Anzahl installierter Baumlder
Spitzenbedarf waumlhrend 1 Stunde oberer Bereich
Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten unterer Bereich
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
12
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999
Lastprofile fuumlr Warmwasser zeigen typischerweise tagesbezogene Unterschiede (Werktag Samstag Sonn- und Feiertag) (AGCS 2002) Typische Spitzen sind in den Morgen- und Abendshystunden zu erwarten Ausnahmen bilden die Lastprofile fuumlr SchichtarbeiterInnen haushaltsshyfuumlhrende Personen oder gibt es waumlhrend der Urlaubszeit
32 Systemarten
Die Waumlrme- und Warmwasserversorgung in Mehrfamilienhaumlusern kann uumlber verschiedene Arten erfolgen welche sich im Grad der Zentralisierung unterscheiden Die derzeit gaumlngigste Variante in Bestandsgebaumluden ist die zentrale Warmwasserversorgung mittels 4-Leiter-System Auch dezentrale Warmwasserbereitung mittels elektrischen oder gasbetriebenen Durchlauferhitzern ist weit verbreitet
Das Warmwasser-Verteilsystem kann je nach Systemdesign aus drei unterschiedlichen Leitungsshytypen bestehen Diese Leitungstypen unterscheiden sich dabei vor allem in der Rohrdimension Rohrlaumlnge bzw Verlegedichte aber auch durch die Positionierung und Leitungsfuumlhrung in der Gebaumludehuumllle Es wird unterschieden zwischen
Verteilleitungen Steigleitungen und
Anbindeleitungen
Warmwasserbereitung
gebaumludeshyzentral
Zentrale Versorgung
sehr haumlufig
wohnungszentral10
selten
dezentrale Versorgung
haumlufig
Heizung wohnungszentral
Gaskessel
kommt praktisch nicht vor
Gasetagenheizung Gastherme
haumlufig
Gaskessel Durchlauferhitzer
eher selten
dezentral
ndash Elektrospeicherheizung zentr Elektrospeicher
Elektrospeicherheizung Durchlauferhitzer
Sozialer Wohnbau sehr selten selten
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten von Systemdesigns der Warmwasservershysorgung in Mehrfamilienhaumlusern
shy
shy
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012
321 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Bei dieser Variante der zentralen Warmwasserversorgung fuumlhren jeweils zwei Leitungspaare (Vor-und Ruumlcklauf) fuumlr Heizung und Warmwasser getrennt in jede Wohnung Daruumlber hinaus gibt es oft noch zusaumltzliche Zirkulationsleitungen11 bis knapp vor die jeweiligen Zapfstellen
4-Leiter System
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Warmwasser
Zirkulation
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
Kaltwasser
1 Energiespeicher 2 zentraler Brauchwasser-Speicher 3 Warmwasser 4 Raumheizung 5 Speicher-Ladestation (inkl Waumlrmetauscher amp 2 Pumpen) 6 Heizungsumwaumllzpumpe 7 Zirkulationspumpe
1
5 5
5
6
7
2
3 4
Abb 4 Schema bdquoZentrale Versorgung (4-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
10 Wohnungszentrale Warmwasserbereishytung mit zentraler Heizung entspricht der bdquoMischformldquo (2-Leiter-System) im Bericht
11 OumlNORM ndash B 5019 Zusaumltzliche Leitung die das Verteilsystem zwischen dem Ende einer Warmwasser-Verteilleitung und dem Warmwassershybereiter schlieszligt und damit einen staumlndigen Kreislauf des erwaumlrmshyten Trinkwassers ermoumlglicht sowie keine direkten Entnahmeshystellen beinhaltet Die Zirkulationsleitung kann aus mehreren Zirkulationsstraumlngen und Zirkulationssamshymelleitungen besteshyhen Leitungen die das erwaumlrmte Trinkwasser zu den Entnahmestelshylen transportieren sind keine Zirkulatishyonsleitungen
13
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
14
Vorteile Kostenvorteile bei den Investitionskosten bei zentralem Einkauf
des Brennstoffes und in der Wartung erfordert keinen Platzbedarf in der Wohnung die Haustechnik ist bdquounsichtbarldquo im Technikraum hoher Komfort keine Beeinflussung der Schuumlttleistung12 durch
andere Zapfstellen in der Wohnung Energietraumlgerwechsel bzw Einbindung erneuerbarer Energie oder
Fernwaumlrme sind in der Regel ohne Aumlnderungen am Verteilsystem moumlglich ein zentraler Speicher weist weniger Speicherverluste auf als eine
Vielzahl kleiner Speicher (Verhaumlltnis Oberflaumlche zu Volumen) optimierte Systemdesigns fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasser
durch getrennte Speicher und ev Bereitstellung
Nachteile zusaumltzliche Energieaufwaumlnde Verluste und auch Kosten minusdurch laumlngere Leitungen minusdurch die Vorschriften zu den erforderlichen Mindesttemperaturen (geregelt in der
OumlNORM B 5019 ndash bdquoLegionellen-Normldquo) und daraus resultierende houmlhere Verantshywortung fuumlr die BetreiberInnen
322 Mischform (2-Leiter-System) Die sogenannten Wohnungsstationen stellen eine Mischform aus zentraler und dezentraler Versorgung dar Hier erfolgt die Waumlrmebereitstellung zentral die Warmwasserbereitung jedoch erst dezentral auf Wohnungsebene Als Option kann in den Wohnungen noch ein Tagesspeicher vorgesehen werden
2-Leiter System
1 Ruumlckschlagventil 2 Waumlrmetauscher im Solarkreis 3 3-Wegeshyventil 4 Solarkollektor 5 Umwaumllzpumpe im Solarkreis 6 Umwaumllzpumpe im Heizkreis 7 Waumlrmetauscher zur Speichershyladung 8 Raumheizung 9 Tagesspeicher (ca 150l)
8
11
1
5
5
2
4
6 3
3
7
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf
Warmwasser
Kaltwasser
WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
9
16
Abb 5 Schema bdquoMischform (2-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
12 Wasservolumen pro Zeit
Vorteile kein Platzbedarf in den Wohnungen fuumlr Speicher bzw Warmwasserbereiter Kostenvorteile bei zentralem Brennstoffeinkauf und Wartung anlassbezogene Warmwasserbereitung nur bei Zapfung reduzierte Bereitschaftsverluste reduzierte Verteilverluste aufgrund von geringeren Leitungslaumlngen
(keine Zirkulationsleitungen erforderlich) bdquoLegionellen-Normldquo (und damit hohe Systemtemperaturen) gilt nicht erhoumlhte Gesamteffizienz durch niedrige Ruumlcklauftemperaturen
fuumlr optimierten Betrieb von Solaranlagen und Brennwertkessel
Nachteile Vorlauftemperaturen nicht optimiert fuumlr Heizbetrieb
(va relevant beim Einsatz von Waumlrmepumpen) groumlszligere Durchmesser der Steig- und Verteilleitungen erforderlich
(Platzbedarf Leitungsverluste steigen) eventuelle Komforteinbuszligen bei gleichzeitiger Wasserentnahme
an verschiedenen Zapfstellen in der Wohnung zusaumltzlich hohe Kosten fuumlr die Wohnungsstationen (ca 1200 EURO pro Station)
323 Dezentrale Versorgung Dezentrale Warmwasserversorgung bedeutet Warmwasserbereitung am Ort des Bedarfs Dies kann entweder direkt bei der jeweiligen Zapfstelle sein oder aber an einem zentralen Ort innerhalb einer Wohnung in diesem Fall gibt es lediglich Anbindungsleitungen zu den Zapfstellen
In den meisten Faumlllen kommen als dezentrale Varianten Strom- oder Gasdurchlauferhitzer oder Warmwasserboiler zur Anwendung Bei Passivhaumlusern koumlnnen auch Luumlftungswaumlrmepumpen mit integrierter Warmwasserbereitung zum Einsatz kommen
Im Gegensatz zu zB Gasthermen fallen bei der direkten Waumlrmebereitstellung aus Strom nahezu keine Umwandlungsverluste an Allerdings muss Strom selbst erst durch Umwandlung bereitgestellt werden Dieser Umwandlungsprozess ist oft auch mit hohen Verlusten behaftet Ein korrekter Vergleich verschiedener Alternativen muumlsste uumlber den sogenannten Primaumlrener-gieeinsatz erfolgen Der Einsatz von Strom zur Bereitstellung von Warmwasser kann somit unter folgenden Rahmenbedingungen empfohlen werden
Wenn Strom (vorwiegend) mittels erneuerbarer Energie (wenn moumlglich vor Ort) bdquoerzeugtldquo wurde
Wenn Strom zum Nachheizenzur Spitzenabdeckung verwendet wird und somit das System fuumlr niedrigere Temperaturen ausgelegt werden kann bzw zur Erfuumlllung von Hygieneanforderungen
Wenn es sich um wenig kompakte Bauwerke handelt wo mit uumlberproportionalen Verteilverlusten gerechnet werden muss und somit zu einer dezentralen Versor-gung geraten wird
Fuumlr einzelne Zapfstellen (zB Kuumlche) falls eine Rohrverlegung unverhaumlltnismaumlszligig erscheint oder bei denen nur wenig Warmwasser benoumltigt wird
Waumlrmepumpen sollten nur dann zum Einsatz kommen wenn die Jahresarbeitszahl jedenfalls houmlher ist als der Primaumlrenergiefaktor des eingesetzten Stroms
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
15
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
16
Dezentrales System
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN
Verteilung -bzw Bereitstellungs
technologie
Gas
Strom
Ja
Nein
Zentrale Versorgung
Ja
Nein13
Mischform Dezentrale
Versorgung
Ja (Durchlauferhitzer Kombitherme)
Ja
Solarthermie Ja Ja Nein
Waumlrmepumpe Quelle ErdeWasser
Luftwaumlrmepumpe
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja (Luumlftungs-Kombination)
Biomasse Ja Ja Nein
Fernwaumlrme Ja Ja Nein
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Vorteile verbrauchsnahe Waumlrmeerzeugung dh kurze Leitungslaumlngen und geringe Verteilverluste geringerer Wasserverbrauch durch rasches Erreichen der gewuumlnschten Temperatur bedarfsbezogene Warmwasserbereitung weniger Bereitschaftsverluste Entfall von Verteil- und Steigleitungen (reduziert Investitionskosten und Verteilverluste)
Nachteile bdquoSichtbarkeitldquo der Haustechnik in der Wohnung
Platzbedarf und damit verbundene Kosten (jeder Quadratmeter zaumlhlt im urbanen Geschoszligwohnbau)
beschraumlnkte Moumlglichkeit der Nutzung von erneuerbaren Energietraumlgern
Einsatz von hohen Leistungen pro Wohnung erforderlich (Teillastbetrieb eventuelle Beschraumlnkungen bei der Zulaumlssigkeit der Nutzung von Strom-Loumlsungen)
33 Uumlbersicht Verteilsysteme
Nicht jede Technologie-Quelle eignet sich fuumlr jedes Verteilsystem Folgende Tabelle fasst die prinzipiellen Moumlglichkeiten zusammen
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN
13 Ausgenommen elektshyrische Nachheizung
17
-
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
18
14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
shyshy shy shy
shy
shy
shyshy
shy
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shy
Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
shy
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
22
20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
26
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
shy
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
2 SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN
Bereitstellung ndash Verteilung ndash Nutzung
Bei jedem Versuch der energetischen Optimierung der Warmwasserbereitung ist eine Gesamtsicht auf die Bereiche Bereitstellung ndash Verteilung ndash Nutzung erforderlich Zusaumltzlich ergeben sich ndash bei gegebenen Randbedingungen ndash auch jeweils innerhalb eines Systems Moumlg-lichkeiten zur Verbesserung Es ist jedoch festzuhalten dass es keine pauschale Aussage uumlber das bdquobeste Systemldquo gibt da dies von den jeweiligen oumlrtlichen Gegebenheiten (zB Anschluss an das Fernwaumlrmenetz Moumlglichkeit zur Nutzung von Erdwaumlrme oder Grundwasser) aber auch vom konkreten Betrieb bzw NutzerInnenverhalten abhaumlngt
Insgesamt ist es erforderlich die Effizienz der Warmwasserbereitung zusammen mit jener der Gebaumludeheizung zu betrachten da diese in vielen Faumlllen gemeinsam geloumlst wird bzw sich die Systeme zumindest beeinflussen
Zum Thema bdquobestes Systemdesignldquo in Hinblick auf energieeffiziente Warmwasserversorgung koumlnnen folgende Schlussfolgerungen gezogen werden
Bezogen auf die Summe aller Verluste schneiden dezentrale Loumlsungen (Warmwasser wird dort erzeugt wo es benoumltigt wird) am besten ab
Generell schneiden 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstationen2 in Hinblick auf die Ver-teilverluste energetisch besser ab als 4-Leiter-Systeme3 was vor allem auf geringere Leitungslaumlngen zuruumlckzufuumlhren ist
Um erneuerbare Energien im Mehrfamilienhausbereich einbinden zu koumlnnen sollten ndash bis auf die Ausnahmen der Kombination mit Photovoltaik und Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern ndash zentrale Loumlsungen4 bevorzugt werden Eine Ausnahme bilden weit verzweigte einzelne Abnehmer zB bei Reihenhaumlusern wo weiterhin zu dezentralen Loumlsungen geraten wird
Speziell bei Waumlrmepumpen ist ein effizienter Betrieb durch Trennung von Warm-wasserbereitung und Heizung zu erreichen Fuumlr diese Technologie sind die Vorteile der optimierten Erzeugung (4-Leiter-System) den Vorteilen der geringeren Verluste (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu beurteilen Wenn 2-Leiter-Systeme eingesetzt werden sollen so sind Loumlsungen mit niedrigen Systemtemperaturen und elektrischer Nachheizung zu bevorzugen
Aufgrund der Houmlhe der Verteilverluste (Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleitungen) bei zentralen Loumlsungen wird dringend angeraten bereits in der Planungsphase saumlmtliche Leitungslaumlngen zu optimieren und Verteilleitungen uumlber das geforderte5 Maszlig hinaus zu daumlmmen sowie die Moumlglichkeit der Nutzung von Inliner-Systemen6 zu erwaumlgen
Verluste bei der Waumlrmebereitstellung stellen bei zentralen Varianten den zweithoumlchsten Verlustanteil dar und koumlnnen durch eine intelligente Technologieauswahl und -optimie-rung reduziert werden (optimierte Auslegung Abstimmung der Warmwasser- Heizung- und Speicherkombinationen und regelungstechnische Einbindung laufendes Monitoring)
Hilfsenergie (Pumpen) und Speicherverluste nehmen eine untergeordnete Rolle ein Op-timierungen bei bestehenden (alten) Systemen (Pumpentausch zusaumltzliche Daumlmmungen bei Speichern) koumlnnen allerdings sehr wohl zu nennenswerten Einsparungen fuumlhren
2 Zentrale Waumlrmebereit-stellung fuumlr Heizung und Warmwasser Warmwasserbereitung dezentral
3 Zentrale Bereitstellung von Warmwasser und vom Heizungsvorlauf getrennte Verteilung
4 2-Leiter oder 4-Leiter-Systeme
5 Uumlber die in der OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken
6 Warmwasser- und Zirkulationsleitung in einem Rohr
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
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-
-
2-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
4-Leiter System
HEIZENERGIE-BEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwasser-waumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnik-energiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 ca 13 Verteilungs-
verluste verluste
ca 5 Abgabe-Speicher-Hilfsenergie-verluste
ca 8
verluste
Bereitstellungs-
ca 10
bedarf
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
shy
7 Der Warmwassershywaumlrmebedarf ist als
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen (oben) und 4-Leiter-Systemen (unten)7 flaumlchenbezogener De-
Quelle Darstellung ALLPLAN faultwert (127 kWh msup2a) gemaumlszlig OumlNORM 8110-5 festgelegt Er entspricht ca dem
Begriffsdefinitionen Wert wenn ein Liter Wasser um ca 30 degC (also beispielsweise
Warmwasserwaumlrmebedarf Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenverhalten von 8 degC auf 38 degC) erwaumlrmt wird Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleitungen
Bereitstellungsverluste Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten 8 Der Nutzungsgrad Technologie und vom Jahresnutzungsgrad8 beschreibt den Anteil
der im Energietraumlger Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher gespeicherten Energie
Abgabeverluste Verluste durch ungenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser der auch tatsaumlchlich
Hilfsenergiebedarf zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrmeshyenergie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
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KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
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Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
Da aufgrund der hohen Verteilverluste vor allem bei 4-Leiter-Systemen annaumlhernd die doppelte Menge an Energie bereitgestellt werden muss kommt dem warmwassersparenden NutzerInshynenverhalten und auch den verwendeten Armaturen eine zentrale Rolle zu Installationsseitig koumlnnen Einsparungen va durch Strahlregler erzielt werden auch die Abwaumlrmenutzung aus dem Abwasser stellt eine Moumlglichkeit der Optimierung dar
Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung und ihre Anwendbarkeit in den drei Systemen werden in folgender Abbildung dargestellt
Dezentrale Versorgung Mischform
2-Leiter Systeme Zentrale Versorgung
4-Leiter Systeme
Energiesparende Armaturen einsetzen
Informationen zu Warmwasser sparenden NutzerInnenverhalten verteilen
Leitungslaumlngen optimieren (va bei zentraler Waumlrmebereitstellung)
Nach Moumlglichkeit dezentrale Abwaumlrme nutzen (zB dezentrale Waumlrmetauscher in Duschtassen)
Zusaumltzliche Daumlmmung der Verteilnetze
Nach Moumlglichkeit Systemshytemperaturen senken
Inliner-Systeme fuumlr Zirkulationsleitungen
(siehe Seite 27)
Nach Moumlglichkeit zentrale Abwaumlrmenutzung einsetzen (zB zentrale Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser)
Hydraulischer Abgleich Nutzung hocheffizienter Pumpen
Zusaumltzliche Daumlmmung des Warmwasserspeichers
Einbindung PV (Stromloumlsungen)
Einbindung PV (Stromloumlsungen) Nutzung Solarthermie Waumlrmepumpe Biomasse
Tab 1 Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung Quelle Darstellung ALLPLAN
LiterPerson und Tag (bei 60 degC)
Sozialer Wohnbau
Normaler Komfort
20 Liter
Mittlerer Komfort
40 Liter
Hoher Komfort
40 Liter
Allgemeiner Wohnbau 30 Liter 50 Liter 50 Liter
Gehobener Wohnbau 40 Liter 60 Liter 70 Liter
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
3 ARTEN DER WARMWASSERVERSORGUNG IM WOHNBAU
31 Systemdimensionierung
Die Planung der Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus erfordert die Beruumlcksichtigung des typischen Warmwasserbedarfs pro Person und Tag sowie Annahmen betreffend Gleichzeitigkeit
In der Literatur typischerweise angenommene Werte pro Person im Mehrfamilienhaus (siehe TABELLE 2) haumlngen von der Art des Wohnbaus sowie der jeweiligen Ausstattung ab Die typischen Zapfstellen umfassen Badewannen Brausen Waschtische (jeweils 45 degC) sowie Kuumlchenspuumllen (60 degC) Im Vergleich dazu wird in Buumlrogebaumluden uumlblicherweise mit einem niedrigeren Warmshywasserbedarf (10 ndash 40 lPerson und Tag) und durchgaumlngig niedrigeren Temperaturen (45 degC) gerechnet
Fuumlr die Planung wird uumlblicherweise mit einer Systemtemperatur von 60 degC sowie mit einer Kaltwassertemperatur von 10 degC gerechnet Zusaumltzlich werden Annahmen zum Bedarf von LiterPerson und Tag getroffen
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999
In uumlblichen Planungsrichtlinien wird ua auf eine Leitungsfuumlhrung auf dem kuumlrzesten Weg zwishyschen Wassererwaumlrmer und Zapfstellen ebenso wie auf die bdquonicht zu groszligzuumlgigeldquo Dimensionie-rung der Leitungen9 und eine durchgaumlngige Waumlrmedaumlmmung der Rohrleitungen inkl der Armaturen und Verbindungen hingewiesen
Die Dimensionierung der Leitungen haumlngt von der maximalen Entnahmeleistung pro Minute (ca 15 lMinute) sowie von Annahmen zur Gleichzeitigkeit des Bedarfs ab
Hierfuumlr werden Gleichzeitigkeitskurven angenommen welche uumlblicherweise den Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten bzw waumlhrend einer Stunde abbilden und jeweils mit der Anzahl der Wohneinheiten abnehmen Aktuelle Feldmessungen (Fenz 2012) zeigen dass in einigen Faumlllen die tatsaumlchliche Gleichzeitigkeit steiler abfaumlllt als in typischen Kurven angenommen und somit die eingesetzte Rohrdimension zu groszlig ist was zu zusaumltzlichen Waumlrmeverlusten fuumlhrt
shy
shy
9 In der Praxis sind haumlufig uumlberdimensionierte Systeme anzutreffen da sowohl bei der Planung als auch bei der Ausfuumlhrung noch Planungsreserven beruumlcksichtigt werden
11
70
60
50
40
30
20
10
Prozentuale Gleichzeitigkeit
0
4 Baumlder 20 Baumlder 100 Baumlder 500 Baumlder
Anzahl installierter Baumlder
Spitzenbedarf waumlhrend 1 Stunde oberer Bereich
Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten unterer Bereich
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
12
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999
Lastprofile fuumlr Warmwasser zeigen typischerweise tagesbezogene Unterschiede (Werktag Samstag Sonn- und Feiertag) (AGCS 2002) Typische Spitzen sind in den Morgen- und Abendshystunden zu erwarten Ausnahmen bilden die Lastprofile fuumlr SchichtarbeiterInnen haushaltsshyfuumlhrende Personen oder gibt es waumlhrend der Urlaubszeit
32 Systemarten
Die Waumlrme- und Warmwasserversorgung in Mehrfamilienhaumlusern kann uumlber verschiedene Arten erfolgen welche sich im Grad der Zentralisierung unterscheiden Die derzeit gaumlngigste Variante in Bestandsgebaumluden ist die zentrale Warmwasserversorgung mittels 4-Leiter-System Auch dezentrale Warmwasserbereitung mittels elektrischen oder gasbetriebenen Durchlauferhitzern ist weit verbreitet
Das Warmwasser-Verteilsystem kann je nach Systemdesign aus drei unterschiedlichen Leitungsshytypen bestehen Diese Leitungstypen unterscheiden sich dabei vor allem in der Rohrdimension Rohrlaumlnge bzw Verlegedichte aber auch durch die Positionierung und Leitungsfuumlhrung in der Gebaumludehuumllle Es wird unterschieden zwischen
Verteilleitungen Steigleitungen und
Anbindeleitungen
Warmwasserbereitung
gebaumludeshyzentral
Zentrale Versorgung
sehr haumlufig
wohnungszentral10
selten
dezentrale Versorgung
haumlufig
Heizung wohnungszentral
Gaskessel
kommt praktisch nicht vor
Gasetagenheizung Gastherme
haumlufig
Gaskessel Durchlauferhitzer
eher selten
dezentral
ndash Elektrospeicherheizung zentr Elektrospeicher
Elektrospeicherheizung Durchlauferhitzer
Sozialer Wohnbau sehr selten selten
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten von Systemdesigns der Warmwasservershysorgung in Mehrfamilienhaumlusern
shy
shy
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012
321 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Bei dieser Variante der zentralen Warmwasserversorgung fuumlhren jeweils zwei Leitungspaare (Vor-und Ruumlcklauf) fuumlr Heizung und Warmwasser getrennt in jede Wohnung Daruumlber hinaus gibt es oft noch zusaumltzliche Zirkulationsleitungen11 bis knapp vor die jeweiligen Zapfstellen
4-Leiter System
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Warmwasser
Zirkulation
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
Kaltwasser
1 Energiespeicher 2 zentraler Brauchwasser-Speicher 3 Warmwasser 4 Raumheizung 5 Speicher-Ladestation (inkl Waumlrmetauscher amp 2 Pumpen) 6 Heizungsumwaumllzpumpe 7 Zirkulationspumpe
1
5 5
5
6
7
2
3 4
Abb 4 Schema bdquoZentrale Versorgung (4-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
10 Wohnungszentrale Warmwasserbereishytung mit zentraler Heizung entspricht der bdquoMischformldquo (2-Leiter-System) im Bericht
11 OumlNORM ndash B 5019 Zusaumltzliche Leitung die das Verteilsystem zwischen dem Ende einer Warmwasser-Verteilleitung und dem Warmwassershybereiter schlieszligt und damit einen staumlndigen Kreislauf des erwaumlrmshyten Trinkwassers ermoumlglicht sowie keine direkten Entnahmeshystellen beinhaltet Die Zirkulationsleitung kann aus mehreren Zirkulationsstraumlngen und Zirkulationssamshymelleitungen besteshyhen Leitungen die das erwaumlrmte Trinkwasser zu den Entnahmestelshylen transportieren sind keine Zirkulatishyonsleitungen
13
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
14
Vorteile Kostenvorteile bei den Investitionskosten bei zentralem Einkauf
des Brennstoffes und in der Wartung erfordert keinen Platzbedarf in der Wohnung die Haustechnik ist bdquounsichtbarldquo im Technikraum hoher Komfort keine Beeinflussung der Schuumlttleistung12 durch
andere Zapfstellen in der Wohnung Energietraumlgerwechsel bzw Einbindung erneuerbarer Energie oder
Fernwaumlrme sind in der Regel ohne Aumlnderungen am Verteilsystem moumlglich ein zentraler Speicher weist weniger Speicherverluste auf als eine
Vielzahl kleiner Speicher (Verhaumlltnis Oberflaumlche zu Volumen) optimierte Systemdesigns fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasser
durch getrennte Speicher und ev Bereitstellung
Nachteile zusaumltzliche Energieaufwaumlnde Verluste und auch Kosten minusdurch laumlngere Leitungen minusdurch die Vorschriften zu den erforderlichen Mindesttemperaturen (geregelt in der
OumlNORM B 5019 ndash bdquoLegionellen-Normldquo) und daraus resultierende houmlhere Verantshywortung fuumlr die BetreiberInnen
322 Mischform (2-Leiter-System) Die sogenannten Wohnungsstationen stellen eine Mischform aus zentraler und dezentraler Versorgung dar Hier erfolgt die Waumlrmebereitstellung zentral die Warmwasserbereitung jedoch erst dezentral auf Wohnungsebene Als Option kann in den Wohnungen noch ein Tagesspeicher vorgesehen werden
2-Leiter System
1 Ruumlckschlagventil 2 Waumlrmetauscher im Solarkreis 3 3-Wegeshyventil 4 Solarkollektor 5 Umwaumllzpumpe im Solarkreis 6 Umwaumllzpumpe im Heizkreis 7 Waumlrmetauscher zur Speichershyladung 8 Raumheizung 9 Tagesspeicher (ca 150l)
8
11
1
5
5
2
4
6 3
3
7
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf
Warmwasser
Kaltwasser
WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
9
16
Abb 5 Schema bdquoMischform (2-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
12 Wasservolumen pro Zeit
Vorteile kein Platzbedarf in den Wohnungen fuumlr Speicher bzw Warmwasserbereiter Kostenvorteile bei zentralem Brennstoffeinkauf und Wartung anlassbezogene Warmwasserbereitung nur bei Zapfung reduzierte Bereitschaftsverluste reduzierte Verteilverluste aufgrund von geringeren Leitungslaumlngen
(keine Zirkulationsleitungen erforderlich) bdquoLegionellen-Normldquo (und damit hohe Systemtemperaturen) gilt nicht erhoumlhte Gesamteffizienz durch niedrige Ruumlcklauftemperaturen
fuumlr optimierten Betrieb von Solaranlagen und Brennwertkessel
Nachteile Vorlauftemperaturen nicht optimiert fuumlr Heizbetrieb
(va relevant beim Einsatz von Waumlrmepumpen) groumlszligere Durchmesser der Steig- und Verteilleitungen erforderlich
(Platzbedarf Leitungsverluste steigen) eventuelle Komforteinbuszligen bei gleichzeitiger Wasserentnahme
an verschiedenen Zapfstellen in der Wohnung zusaumltzlich hohe Kosten fuumlr die Wohnungsstationen (ca 1200 EURO pro Station)
323 Dezentrale Versorgung Dezentrale Warmwasserversorgung bedeutet Warmwasserbereitung am Ort des Bedarfs Dies kann entweder direkt bei der jeweiligen Zapfstelle sein oder aber an einem zentralen Ort innerhalb einer Wohnung in diesem Fall gibt es lediglich Anbindungsleitungen zu den Zapfstellen
In den meisten Faumlllen kommen als dezentrale Varianten Strom- oder Gasdurchlauferhitzer oder Warmwasserboiler zur Anwendung Bei Passivhaumlusern koumlnnen auch Luumlftungswaumlrmepumpen mit integrierter Warmwasserbereitung zum Einsatz kommen
Im Gegensatz zu zB Gasthermen fallen bei der direkten Waumlrmebereitstellung aus Strom nahezu keine Umwandlungsverluste an Allerdings muss Strom selbst erst durch Umwandlung bereitgestellt werden Dieser Umwandlungsprozess ist oft auch mit hohen Verlusten behaftet Ein korrekter Vergleich verschiedener Alternativen muumlsste uumlber den sogenannten Primaumlrener-gieeinsatz erfolgen Der Einsatz von Strom zur Bereitstellung von Warmwasser kann somit unter folgenden Rahmenbedingungen empfohlen werden
Wenn Strom (vorwiegend) mittels erneuerbarer Energie (wenn moumlglich vor Ort) bdquoerzeugtldquo wurde
Wenn Strom zum Nachheizenzur Spitzenabdeckung verwendet wird und somit das System fuumlr niedrigere Temperaturen ausgelegt werden kann bzw zur Erfuumlllung von Hygieneanforderungen
Wenn es sich um wenig kompakte Bauwerke handelt wo mit uumlberproportionalen Verteilverlusten gerechnet werden muss und somit zu einer dezentralen Versor-gung geraten wird
Fuumlr einzelne Zapfstellen (zB Kuumlche) falls eine Rohrverlegung unverhaumlltnismaumlszligig erscheint oder bei denen nur wenig Warmwasser benoumltigt wird
Waumlrmepumpen sollten nur dann zum Einsatz kommen wenn die Jahresarbeitszahl jedenfalls houmlher ist als der Primaumlrenergiefaktor des eingesetzten Stroms
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
15
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
16
Dezentrales System
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN
Verteilung -bzw Bereitstellungs
technologie
Gas
Strom
Ja
Nein
Zentrale Versorgung
Ja
Nein13
Mischform Dezentrale
Versorgung
Ja (Durchlauferhitzer Kombitherme)
Ja
Solarthermie Ja Ja Nein
Waumlrmepumpe Quelle ErdeWasser
Luftwaumlrmepumpe
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja (Luumlftungs-Kombination)
Biomasse Ja Ja Nein
Fernwaumlrme Ja Ja Nein
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Vorteile verbrauchsnahe Waumlrmeerzeugung dh kurze Leitungslaumlngen und geringe Verteilverluste geringerer Wasserverbrauch durch rasches Erreichen der gewuumlnschten Temperatur bedarfsbezogene Warmwasserbereitung weniger Bereitschaftsverluste Entfall von Verteil- und Steigleitungen (reduziert Investitionskosten und Verteilverluste)
Nachteile bdquoSichtbarkeitldquo der Haustechnik in der Wohnung
Platzbedarf und damit verbundene Kosten (jeder Quadratmeter zaumlhlt im urbanen Geschoszligwohnbau)
beschraumlnkte Moumlglichkeit der Nutzung von erneuerbaren Energietraumlgern
Einsatz von hohen Leistungen pro Wohnung erforderlich (Teillastbetrieb eventuelle Beschraumlnkungen bei der Zulaumlssigkeit der Nutzung von Strom-Loumlsungen)
33 Uumlbersicht Verteilsysteme
Nicht jede Technologie-Quelle eignet sich fuumlr jedes Verteilsystem Folgende Tabelle fasst die prinzipiellen Moumlglichkeiten zusammen
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN
13 Ausgenommen elektshyrische Nachheizung
17
-
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
18
14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
shyshy shy shy
shy
shy
shyshy
shy
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shy
Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
shy
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
22
20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
26
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
48
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
-
-
2-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
4-Leiter System
HEIZENERGIE-BEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwasser-waumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnik-energiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 ca 13 Verteilungs-
verluste verluste
ca 5 Abgabe-Speicher-Hilfsenergie-verluste
ca 8
verluste
Bereitstellungs-
ca 10
bedarf
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
shy
7 Der Warmwassershywaumlrmebedarf ist als
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen (oben) und 4-Leiter-Systemen (unten)7 flaumlchenbezogener De-
Quelle Darstellung ALLPLAN faultwert (127 kWh msup2a) gemaumlszlig OumlNORM 8110-5 festgelegt Er entspricht ca dem
Begriffsdefinitionen Wert wenn ein Liter Wasser um ca 30 degC (also beispielsweise
Warmwasserwaumlrmebedarf Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenverhalten von 8 degC auf 38 degC) erwaumlrmt wird Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleitungen
Bereitstellungsverluste Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten 8 Der Nutzungsgrad Technologie und vom Jahresnutzungsgrad8 beschreibt den Anteil
der im Energietraumlger Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher gespeicherten Energie
Abgabeverluste Verluste durch ungenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser der auch tatsaumlchlich
Hilfsenergiebedarf zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrmeshyenergie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
9
-
-
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
10
Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
Da aufgrund der hohen Verteilverluste vor allem bei 4-Leiter-Systemen annaumlhernd die doppelte Menge an Energie bereitgestellt werden muss kommt dem warmwassersparenden NutzerInshynenverhalten und auch den verwendeten Armaturen eine zentrale Rolle zu Installationsseitig koumlnnen Einsparungen va durch Strahlregler erzielt werden auch die Abwaumlrmenutzung aus dem Abwasser stellt eine Moumlglichkeit der Optimierung dar
Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung und ihre Anwendbarkeit in den drei Systemen werden in folgender Abbildung dargestellt
Dezentrale Versorgung Mischform
2-Leiter Systeme Zentrale Versorgung
4-Leiter Systeme
Energiesparende Armaturen einsetzen
Informationen zu Warmwasser sparenden NutzerInnenverhalten verteilen
Leitungslaumlngen optimieren (va bei zentraler Waumlrmebereitstellung)
Nach Moumlglichkeit dezentrale Abwaumlrme nutzen (zB dezentrale Waumlrmetauscher in Duschtassen)
Zusaumltzliche Daumlmmung der Verteilnetze
Nach Moumlglichkeit Systemshytemperaturen senken
Inliner-Systeme fuumlr Zirkulationsleitungen
(siehe Seite 27)
Nach Moumlglichkeit zentrale Abwaumlrmenutzung einsetzen (zB zentrale Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser)
Hydraulischer Abgleich Nutzung hocheffizienter Pumpen
Zusaumltzliche Daumlmmung des Warmwasserspeichers
Einbindung PV (Stromloumlsungen)
Einbindung PV (Stromloumlsungen) Nutzung Solarthermie Waumlrmepumpe Biomasse
Tab 1 Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung Quelle Darstellung ALLPLAN
LiterPerson und Tag (bei 60 degC)
Sozialer Wohnbau
Normaler Komfort
20 Liter
Mittlerer Komfort
40 Liter
Hoher Komfort
40 Liter
Allgemeiner Wohnbau 30 Liter 50 Liter 50 Liter
Gehobener Wohnbau 40 Liter 60 Liter 70 Liter
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
3 ARTEN DER WARMWASSERVERSORGUNG IM WOHNBAU
31 Systemdimensionierung
Die Planung der Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus erfordert die Beruumlcksichtigung des typischen Warmwasserbedarfs pro Person und Tag sowie Annahmen betreffend Gleichzeitigkeit
In der Literatur typischerweise angenommene Werte pro Person im Mehrfamilienhaus (siehe TABELLE 2) haumlngen von der Art des Wohnbaus sowie der jeweiligen Ausstattung ab Die typischen Zapfstellen umfassen Badewannen Brausen Waschtische (jeweils 45 degC) sowie Kuumlchenspuumllen (60 degC) Im Vergleich dazu wird in Buumlrogebaumluden uumlblicherweise mit einem niedrigeren Warmshywasserbedarf (10 ndash 40 lPerson und Tag) und durchgaumlngig niedrigeren Temperaturen (45 degC) gerechnet
Fuumlr die Planung wird uumlblicherweise mit einer Systemtemperatur von 60 degC sowie mit einer Kaltwassertemperatur von 10 degC gerechnet Zusaumltzlich werden Annahmen zum Bedarf von LiterPerson und Tag getroffen
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999
In uumlblichen Planungsrichtlinien wird ua auf eine Leitungsfuumlhrung auf dem kuumlrzesten Weg zwishyschen Wassererwaumlrmer und Zapfstellen ebenso wie auf die bdquonicht zu groszligzuumlgigeldquo Dimensionie-rung der Leitungen9 und eine durchgaumlngige Waumlrmedaumlmmung der Rohrleitungen inkl der Armaturen und Verbindungen hingewiesen
Die Dimensionierung der Leitungen haumlngt von der maximalen Entnahmeleistung pro Minute (ca 15 lMinute) sowie von Annahmen zur Gleichzeitigkeit des Bedarfs ab
Hierfuumlr werden Gleichzeitigkeitskurven angenommen welche uumlblicherweise den Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten bzw waumlhrend einer Stunde abbilden und jeweils mit der Anzahl der Wohneinheiten abnehmen Aktuelle Feldmessungen (Fenz 2012) zeigen dass in einigen Faumlllen die tatsaumlchliche Gleichzeitigkeit steiler abfaumlllt als in typischen Kurven angenommen und somit die eingesetzte Rohrdimension zu groszlig ist was zu zusaumltzlichen Waumlrmeverlusten fuumlhrt
shy
shy
9 In der Praxis sind haumlufig uumlberdimensionierte Systeme anzutreffen da sowohl bei der Planung als auch bei der Ausfuumlhrung noch Planungsreserven beruumlcksichtigt werden
11
70
60
50
40
30
20
10
Prozentuale Gleichzeitigkeit
0
4 Baumlder 20 Baumlder 100 Baumlder 500 Baumlder
Anzahl installierter Baumlder
Spitzenbedarf waumlhrend 1 Stunde oberer Bereich
Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten unterer Bereich
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
12
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999
Lastprofile fuumlr Warmwasser zeigen typischerweise tagesbezogene Unterschiede (Werktag Samstag Sonn- und Feiertag) (AGCS 2002) Typische Spitzen sind in den Morgen- und Abendshystunden zu erwarten Ausnahmen bilden die Lastprofile fuumlr SchichtarbeiterInnen haushaltsshyfuumlhrende Personen oder gibt es waumlhrend der Urlaubszeit
32 Systemarten
Die Waumlrme- und Warmwasserversorgung in Mehrfamilienhaumlusern kann uumlber verschiedene Arten erfolgen welche sich im Grad der Zentralisierung unterscheiden Die derzeit gaumlngigste Variante in Bestandsgebaumluden ist die zentrale Warmwasserversorgung mittels 4-Leiter-System Auch dezentrale Warmwasserbereitung mittels elektrischen oder gasbetriebenen Durchlauferhitzern ist weit verbreitet
Das Warmwasser-Verteilsystem kann je nach Systemdesign aus drei unterschiedlichen Leitungsshytypen bestehen Diese Leitungstypen unterscheiden sich dabei vor allem in der Rohrdimension Rohrlaumlnge bzw Verlegedichte aber auch durch die Positionierung und Leitungsfuumlhrung in der Gebaumludehuumllle Es wird unterschieden zwischen
Verteilleitungen Steigleitungen und
Anbindeleitungen
Warmwasserbereitung
gebaumludeshyzentral
Zentrale Versorgung
sehr haumlufig
wohnungszentral10
selten
dezentrale Versorgung
haumlufig
Heizung wohnungszentral
Gaskessel
kommt praktisch nicht vor
Gasetagenheizung Gastherme
haumlufig
Gaskessel Durchlauferhitzer
eher selten
dezentral
ndash Elektrospeicherheizung zentr Elektrospeicher
Elektrospeicherheizung Durchlauferhitzer
Sozialer Wohnbau sehr selten selten
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten von Systemdesigns der Warmwasservershysorgung in Mehrfamilienhaumlusern
shy
shy
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012
321 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Bei dieser Variante der zentralen Warmwasserversorgung fuumlhren jeweils zwei Leitungspaare (Vor-und Ruumlcklauf) fuumlr Heizung und Warmwasser getrennt in jede Wohnung Daruumlber hinaus gibt es oft noch zusaumltzliche Zirkulationsleitungen11 bis knapp vor die jeweiligen Zapfstellen
4-Leiter System
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Warmwasser
Zirkulation
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
Kaltwasser
1 Energiespeicher 2 zentraler Brauchwasser-Speicher 3 Warmwasser 4 Raumheizung 5 Speicher-Ladestation (inkl Waumlrmetauscher amp 2 Pumpen) 6 Heizungsumwaumllzpumpe 7 Zirkulationspumpe
1
5 5
5
6
7
2
3 4
Abb 4 Schema bdquoZentrale Versorgung (4-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
10 Wohnungszentrale Warmwasserbereishytung mit zentraler Heizung entspricht der bdquoMischformldquo (2-Leiter-System) im Bericht
11 OumlNORM ndash B 5019 Zusaumltzliche Leitung die das Verteilsystem zwischen dem Ende einer Warmwasser-Verteilleitung und dem Warmwassershybereiter schlieszligt und damit einen staumlndigen Kreislauf des erwaumlrmshyten Trinkwassers ermoumlglicht sowie keine direkten Entnahmeshystellen beinhaltet Die Zirkulationsleitung kann aus mehreren Zirkulationsstraumlngen und Zirkulationssamshymelleitungen besteshyhen Leitungen die das erwaumlrmte Trinkwasser zu den Entnahmestelshylen transportieren sind keine Zirkulatishyonsleitungen
13
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
14
Vorteile Kostenvorteile bei den Investitionskosten bei zentralem Einkauf
des Brennstoffes und in der Wartung erfordert keinen Platzbedarf in der Wohnung die Haustechnik ist bdquounsichtbarldquo im Technikraum hoher Komfort keine Beeinflussung der Schuumlttleistung12 durch
andere Zapfstellen in der Wohnung Energietraumlgerwechsel bzw Einbindung erneuerbarer Energie oder
Fernwaumlrme sind in der Regel ohne Aumlnderungen am Verteilsystem moumlglich ein zentraler Speicher weist weniger Speicherverluste auf als eine
Vielzahl kleiner Speicher (Verhaumlltnis Oberflaumlche zu Volumen) optimierte Systemdesigns fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasser
durch getrennte Speicher und ev Bereitstellung
Nachteile zusaumltzliche Energieaufwaumlnde Verluste und auch Kosten minusdurch laumlngere Leitungen minusdurch die Vorschriften zu den erforderlichen Mindesttemperaturen (geregelt in der
OumlNORM B 5019 ndash bdquoLegionellen-Normldquo) und daraus resultierende houmlhere Verantshywortung fuumlr die BetreiberInnen
322 Mischform (2-Leiter-System) Die sogenannten Wohnungsstationen stellen eine Mischform aus zentraler und dezentraler Versorgung dar Hier erfolgt die Waumlrmebereitstellung zentral die Warmwasserbereitung jedoch erst dezentral auf Wohnungsebene Als Option kann in den Wohnungen noch ein Tagesspeicher vorgesehen werden
2-Leiter System
1 Ruumlckschlagventil 2 Waumlrmetauscher im Solarkreis 3 3-Wegeshyventil 4 Solarkollektor 5 Umwaumllzpumpe im Solarkreis 6 Umwaumllzpumpe im Heizkreis 7 Waumlrmetauscher zur Speichershyladung 8 Raumheizung 9 Tagesspeicher (ca 150l)
8
11
1
5
5
2
4
6 3
3
7
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf
Warmwasser
Kaltwasser
WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
9
16
Abb 5 Schema bdquoMischform (2-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
12 Wasservolumen pro Zeit
Vorteile kein Platzbedarf in den Wohnungen fuumlr Speicher bzw Warmwasserbereiter Kostenvorteile bei zentralem Brennstoffeinkauf und Wartung anlassbezogene Warmwasserbereitung nur bei Zapfung reduzierte Bereitschaftsverluste reduzierte Verteilverluste aufgrund von geringeren Leitungslaumlngen
(keine Zirkulationsleitungen erforderlich) bdquoLegionellen-Normldquo (und damit hohe Systemtemperaturen) gilt nicht erhoumlhte Gesamteffizienz durch niedrige Ruumlcklauftemperaturen
fuumlr optimierten Betrieb von Solaranlagen und Brennwertkessel
Nachteile Vorlauftemperaturen nicht optimiert fuumlr Heizbetrieb
(va relevant beim Einsatz von Waumlrmepumpen) groumlszligere Durchmesser der Steig- und Verteilleitungen erforderlich
(Platzbedarf Leitungsverluste steigen) eventuelle Komforteinbuszligen bei gleichzeitiger Wasserentnahme
an verschiedenen Zapfstellen in der Wohnung zusaumltzlich hohe Kosten fuumlr die Wohnungsstationen (ca 1200 EURO pro Station)
323 Dezentrale Versorgung Dezentrale Warmwasserversorgung bedeutet Warmwasserbereitung am Ort des Bedarfs Dies kann entweder direkt bei der jeweiligen Zapfstelle sein oder aber an einem zentralen Ort innerhalb einer Wohnung in diesem Fall gibt es lediglich Anbindungsleitungen zu den Zapfstellen
In den meisten Faumlllen kommen als dezentrale Varianten Strom- oder Gasdurchlauferhitzer oder Warmwasserboiler zur Anwendung Bei Passivhaumlusern koumlnnen auch Luumlftungswaumlrmepumpen mit integrierter Warmwasserbereitung zum Einsatz kommen
Im Gegensatz zu zB Gasthermen fallen bei der direkten Waumlrmebereitstellung aus Strom nahezu keine Umwandlungsverluste an Allerdings muss Strom selbst erst durch Umwandlung bereitgestellt werden Dieser Umwandlungsprozess ist oft auch mit hohen Verlusten behaftet Ein korrekter Vergleich verschiedener Alternativen muumlsste uumlber den sogenannten Primaumlrener-gieeinsatz erfolgen Der Einsatz von Strom zur Bereitstellung von Warmwasser kann somit unter folgenden Rahmenbedingungen empfohlen werden
Wenn Strom (vorwiegend) mittels erneuerbarer Energie (wenn moumlglich vor Ort) bdquoerzeugtldquo wurde
Wenn Strom zum Nachheizenzur Spitzenabdeckung verwendet wird und somit das System fuumlr niedrigere Temperaturen ausgelegt werden kann bzw zur Erfuumlllung von Hygieneanforderungen
Wenn es sich um wenig kompakte Bauwerke handelt wo mit uumlberproportionalen Verteilverlusten gerechnet werden muss und somit zu einer dezentralen Versor-gung geraten wird
Fuumlr einzelne Zapfstellen (zB Kuumlche) falls eine Rohrverlegung unverhaumlltnismaumlszligig erscheint oder bei denen nur wenig Warmwasser benoumltigt wird
Waumlrmepumpen sollten nur dann zum Einsatz kommen wenn die Jahresarbeitszahl jedenfalls houmlher ist als der Primaumlrenergiefaktor des eingesetzten Stroms
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
15
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
16
Dezentrales System
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN
Verteilung -bzw Bereitstellungs
technologie
Gas
Strom
Ja
Nein
Zentrale Versorgung
Ja
Nein13
Mischform Dezentrale
Versorgung
Ja (Durchlauferhitzer Kombitherme)
Ja
Solarthermie Ja Ja Nein
Waumlrmepumpe Quelle ErdeWasser
Luftwaumlrmepumpe
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja (Luumlftungs-Kombination)
Biomasse Ja Ja Nein
Fernwaumlrme Ja Ja Nein
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Vorteile verbrauchsnahe Waumlrmeerzeugung dh kurze Leitungslaumlngen und geringe Verteilverluste geringerer Wasserverbrauch durch rasches Erreichen der gewuumlnschten Temperatur bedarfsbezogene Warmwasserbereitung weniger Bereitschaftsverluste Entfall von Verteil- und Steigleitungen (reduziert Investitionskosten und Verteilverluste)
Nachteile bdquoSichtbarkeitldquo der Haustechnik in der Wohnung
Platzbedarf und damit verbundene Kosten (jeder Quadratmeter zaumlhlt im urbanen Geschoszligwohnbau)
beschraumlnkte Moumlglichkeit der Nutzung von erneuerbaren Energietraumlgern
Einsatz von hohen Leistungen pro Wohnung erforderlich (Teillastbetrieb eventuelle Beschraumlnkungen bei der Zulaumlssigkeit der Nutzung von Strom-Loumlsungen)
33 Uumlbersicht Verteilsysteme
Nicht jede Technologie-Quelle eignet sich fuumlr jedes Verteilsystem Folgende Tabelle fasst die prinzipiellen Moumlglichkeiten zusammen
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN
13 Ausgenommen elektshyrische Nachheizung
17
-
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
18
14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
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shy
Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
shy
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
22
20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
26
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
shy
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
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5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
-
-
KAPITEL 2Schlussfolgerungen und Empfehlungen
Technologieleitfaden Warmwasser
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Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
Da aufgrund der hohen Verteilverluste vor allem bei 4-Leiter-Systemen annaumlhernd die doppelte Menge an Energie bereitgestellt werden muss kommt dem warmwassersparenden NutzerInshynenverhalten und auch den verwendeten Armaturen eine zentrale Rolle zu Installationsseitig koumlnnen Einsparungen va durch Strahlregler erzielt werden auch die Abwaumlrmenutzung aus dem Abwasser stellt eine Moumlglichkeit der Optimierung dar
Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung und ihre Anwendbarkeit in den drei Systemen werden in folgender Abbildung dargestellt
Dezentrale Versorgung Mischform
2-Leiter Systeme Zentrale Versorgung
4-Leiter Systeme
Energiesparende Armaturen einsetzen
Informationen zu Warmwasser sparenden NutzerInnenverhalten verteilen
Leitungslaumlngen optimieren (va bei zentraler Waumlrmebereitstellung)
Nach Moumlglichkeit dezentrale Abwaumlrme nutzen (zB dezentrale Waumlrmetauscher in Duschtassen)
Zusaumltzliche Daumlmmung der Verteilnetze
Nach Moumlglichkeit Systemshytemperaturen senken
Inliner-Systeme fuumlr Zirkulationsleitungen
(siehe Seite 27)
Nach Moumlglichkeit zentrale Abwaumlrmenutzung einsetzen (zB zentrale Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser)
Hydraulischer Abgleich Nutzung hocheffizienter Pumpen
Zusaumltzliche Daumlmmung des Warmwasserspeichers
Einbindung PV (Stromloumlsungen)
Einbindung PV (Stromloumlsungen) Nutzung Solarthermie Waumlrmepumpe Biomasse
Tab 1 Ansatzpunkte zur Effizienzsteigerung Quelle Darstellung ALLPLAN
LiterPerson und Tag (bei 60 degC)
Sozialer Wohnbau
Normaler Komfort
20 Liter
Mittlerer Komfort
40 Liter
Hoher Komfort
40 Liter
Allgemeiner Wohnbau 30 Liter 50 Liter 50 Liter
Gehobener Wohnbau 40 Liter 60 Liter 70 Liter
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
3 ARTEN DER WARMWASSERVERSORGUNG IM WOHNBAU
31 Systemdimensionierung
Die Planung der Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus erfordert die Beruumlcksichtigung des typischen Warmwasserbedarfs pro Person und Tag sowie Annahmen betreffend Gleichzeitigkeit
In der Literatur typischerweise angenommene Werte pro Person im Mehrfamilienhaus (siehe TABELLE 2) haumlngen von der Art des Wohnbaus sowie der jeweiligen Ausstattung ab Die typischen Zapfstellen umfassen Badewannen Brausen Waschtische (jeweils 45 degC) sowie Kuumlchenspuumllen (60 degC) Im Vergleich dazu wird in Buumlrogebaumluden uumlblicherweise mit einem niedrigeren Warmshywasserbedarf (10 ndash 40 lPerson und Tag) und durchgaumlngig niedrigeren Temperaturen (45 degC) gerechnet
Fuumlr die Planung wird uumlblicherweise mit einer Systemtemperatur von 60 degC sowie mit einer Kaltwassertemperatur von 10 degC gerechnet Zusaumltzlich werden Annahmen zum Bedarf von LiterPerson und Tag getroffen
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999
In uumlblichen Planungsrichtlinien wird ua auf eine Leitungsfuumlhrung auf dem kuumlrzesten Weg zwishyschen Wassererwaumlrmer und Zapfstellen ebenso wie auf die bdquonicht zu groszligzuumlgigeldquo Dimensionie-rung der Leitungen9 und eine durchgaumlngige Waumlrmedaumlmmung der Rohrleitungen inkl der Armaturen und Verbindungen hingewiesen
Die Dimensionierung der Leitungen haumlngt von der maximalen Entnahmeleistung pro Minute (ca 15 lMinute) sowie von Annahmen zur Gleichzeitigkeit des Bedarfs ab
Hierfuumlr werden Gleichzeitigkeitskurven angenommen welche uumlblicherweise den Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten bzw waumlhrend einer Stunde abbilden und jeweils mit der Anzahl der Wohneinheiten abnehmen Aktuelle Feldmessungen (Fenz 2012) zeigen dass in einigen Faumlllen die tatsaumlchliche Gleichzeitigkeit steiler abfaumlllt als in typischen Kurven angenommen und somit die eingesetzte Rohrdimension zu groszlig ist was zu zusaumltzlichen Waumlrmeverlusten fuumlhrt
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9 In der Praxis sind haumlufig uumlberdimensionierte Systeme anzutreffen da sowohl bei der Planung als auch bei der Ausfuumlhrung noch Planungsreserven beruumlcksichtigt werden
11
70
60
50
40
30
20
10
Prozentuale Gleichzeitigkeit
0
4 Baumlder 20 Baumlder 100 Baumlder 500 Baumlder
Anzahl installierter Baumlder
Spitzenbedarf waumlhrend 1 Stunde oberer Bereich
Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten unterer Bereich
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
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Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999
Lastprofile fuumlr Warmwasser zeigen typischerweise tagesbezogene Unterschiede (Werktag Samstag Sonn- und Feiertag) (AGCS 2002) Typische Spitzen sind in den Morgen- und Abendshystunden zu erwarten Ausnahmen bilden die Lastprofile fuumlr SchichtarbeiterInnen haushaltsshyfuumlhrende Personen oder gibt es waumlhrend der Urlaubszeit
32 Systemarten
Die Waumlrme- und Warmwasserversorgung in Mehrfamilienhaumlusern kann uumlber verschiedene Arten erfolgen welche sich im Grad der Zentralisierung unterscheiden Die derzeit gaumlngigste Variante in Bestandsgebaumluden ist die zentrale Warmwasserversorgung mittels 4-Leiter-System Auch dezentrale Warmwasserbereitung mittels elektrischen oder gasbetriebenen Durchlauferhitzern ist weit verbreitet
Das Warmwasser-Verteilsystem kann je nach Systemdesign aus drei unterschiedlichen Leitungsshytypen bestehen Diese Leitungstypen unterscheiden sich dabei vor allem in der Rohrdimension Rohrlaumlnge bzw Verlegedichte aber auch durch die Positionierung und Leitungsfuumlhrung in der Gebaumludehuumllle Es wird unterschieden zwischen
Verteilleitungen Steigleitungen und
Anbindeleitungen
Warmwasserbereitung
gebaumludeshyzentral
Zentrale Versorgung
sehr haumlufig
wohnungszentral10
selten
dezentrale Versorgung
haumlufig
Heizung wohnungszentral
Gaskessel
kommt praktisch nicht vor
Gasetagenheizung Gastherme
haumlufig
Gaskessel Durchlauferhitzer
eher selten
dezentral
ndash Elektrospeicherheizung zentr Elektrospeicher
Elektrospeicherheizung Durchlauferhitzer
Sozialer Wohnbau sehr selten selten
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten von Systemdesigns der Warmwasservershysorgung in Mehrfamilienhaumlusern
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shy
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012
321 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Bei dieser Variante der zentralen Warmwasserversorgung fuumlhren jeweils zwei Leitungspaare (Vor-und Ruumlcklauf) fuumlr Heizung und Warmwasser getrennt in jede Wohnung Daruumlber hinaus gibt es oft noch zusaumltzliche Zirkulationsleitungen11 bis knapp vor die jeweiligen Zapfstellen
4-Leiter System
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Warmwasser
Zirkulation
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
Kaltwasser
1 Energiespeicher 2 zentraler Brauchwasser-Speicher 3 Warmwasser 4 Raumheizung 5 Speicher-Ladestation (inkl Waumlrmetauscher amp 2 Pumpen) 6 Heizungsumwaumllzpumpe 7 Zirkulationspumpe
1
5 5
5
6
7
2
3 4
Abb 4 Schema bdquoZentrale Versorgung (4-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
10 Wohnungszentrale Warmwasserbereishytung mit zentraler Heizung entspricht der bdquoMischformldquo (2-Leiter-System) im Bericht
11 OumlNORM ndash B 5019 Zusaumltzliche Leitung die das Verteilsystem zwischen dem Ende einer Warmwasser-Verteilleitung und dem Warmwassershybereiter schlieszligt und damit einen staumlndigen Kreislauf des erwaumlrmshyten Trinkwassers ermoumlglicht sowie keine direkten Entnahmeshystellen beinhaltet Die Zirkulationsleitung kann aus mehreren Zirkulationsstraumlngen und Zirkulationssamshymelleitungen besteshyhen Leitungen die das erwaumlrmte Trinkwasser zu den Entnahmestelshylen transportieren sind keine Zirkulatishyonsleitungen
13
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
14
Vorteile Kostenvorteile bei den Investitionskosten bei zentralem Einkauf
des Brennstoffes und in der Wartung erfordert keinen Platzbedarf in der Wohnung die Haustechnik ist bdquounsichtbarldquo im Technikraum hoher Komfort keine Beeinflussung der Schuumlttleistung12 durch
andere Zapfstellen in der Wohnung Energietraumlgerwechsel bzw Einbindung erneuerbarer Energie oder
Fernwaumlrme sind in der Regel ohne Aumlnderungen am Verteilsystem moumlglich ein zentraler Speicher weist weniger Speicherverluste auf als eine
Vielzahl kleiner Speicher (Verhaumlltnis Oberflaumlche zu Volumen) optimierte Systemdesigns fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasser
durch getrennte Speicher und ev Bereitstellung
Nachteile zusaumltzliche Energieaufwaumlnde Verluste und auch Kosten minusdurch laumlngere Leitungen minusdurch die Vorschriften zu den erforderlichen Mindesttemperaturen (geregelt in der
OumlNORM B 5019 ndash bdquoLegionellen-Normldquo) und daraus resultierende houmlhere Verantshywortung fuumlr die BetreiberInnen
322 Mischform (2-Leiter-System) Die sogenannten Wohnungsstationen stellen eine Mischform aus zentraler und dezentraler Versorgung dar Hier erfolgt die Waumlrmebereitstellung zentral die Warmwasserbereitung jedoch erst dezentral auf Wohnungsebene Als Option kann in den Wohnungen noch ein Tagesspeicher vorgesehen werden
2-Leiter System
1 Ruumlckschlagventil 2 Waumlrmetauscher im Solarkreis 3 3-Wegeshyventil 4 Solarkollektor 5 Umwaumllzpumpe im Solarkreis 6 Umwaumllzpumpe im Heizkreis 7 Waumlrmetauscher zur Speichershyladung 8 Raumheizung 9 Tagesspeicher (ca 150l)
8
11
1
5
5
2
4
6 3
3
7
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf
Warmwasser
Kaltwasser
WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
9
16
Abb 5 Schema bdquoMischform (2-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
12 Wasservolumen pro Zeit
Vorteile kein Platzbedarf in den Wohnungen fuumlr Speicher bzw Warmwasserbereiter Kostenvorteile bei zentralem Brennstoffeinkauf und Wartung anlassbezogene Warmwasserbereitung nur bei Zapfung reduzierte Bereitschaftsverluste reduzierte Verteilverluste aufgrund von geringeren Leitungslaumlngen
(keine Zirkulationsleitungen erforderlich) bdquoLegionellen-Normldquo (und damit hohe Systemtemperaturen) gilt nicht erhoumlhte Gesamteffizienz durch niedrige Ruumlcklauftemperaturen
fuumlr optimierten Betrieb von Solaranlagen und Brennwertkessel
Nachteile Vorlauftemperaturen nicht optimiert fuumlr Heizbetrieb
(va relevant beim Einsatz von Waumlrmepumpen) groumlszligere Durchmesser der Steig- und Verteilleitungen erforderlich
(Platzbedarf Leitungsverluste steigen) eventuelle Komforteinbuszligen bei gleichzeitiger Wasserentnahme
an verschiedenen Zapfstellen in der Wohnung zusaumltzlich hohe Kosten fuumlr die Wohnungsstationen (ca 1200 EURO pro Station)
323 Dezentrale Versorgung Dezentrale Warmwasserversorgung bedeutet Warmwasserbereitung am Ort des Bedarfs Dies kann entweder direkt bei der jeweiligen Zapfstelle sein oder aber an einem zentralen Ort innerhalb einer Wohnung in diesem Fall gibt es lediglich Anbindungsleitungen zu den Zapfstellen
In den meisten Faumlllen kommen als dezentrale Varianten Strom- oder Gasdurchlauferhitzer oder Warmwasserboiler zur Anwendung Bei Passivhaumlusern koumlnnen auch Luumlftungswaumlrmepumpen mit integrierter Warmwasserbereitung zum Einsatz kommen
Im Gegensatz zu zB Gasthermen fallen bei der direkten Waumlrmebereitstellung aus Strom nahezu keine Umwandlungsverluste an Allerdings muss Strom selbst erst durch Umwandlung bereitgestellt werden Dieser Umwandlungsprozess ist oft auch mit hohen Verlusten behaftet Ein korrekter Vergleich verschiedener Alternativen muumlsste uumlber den sogenannten Primaumlrener-gieeinsatz erfolgen Der Einsatz von Strom zur Bereitstellung von Warmwasser kann somit unter folgenden Rahmenbedingungen empfohlen werden
Wenn Strom (vorwiegend) mittels erneuerbarer Energie (wenn moumlglich vor Ort) bdquoerzeugtldquo wurde
Wenn Strom zum Nachheizenzur Spitzenabdeckung verwendet wird und somit das System fuumlr niedrigere Temperaturen ausgelegt werden kann bzw zur Erfuumlllung von Hygieneanforderungen
Wenn es sich um wenig kompakte Bauwerke handelt wo mit uumlberproportionalen Verteilverlusten gerechnet werden muss und somit zu einer dezentralen Versor-gung geraten wird
Fuumlr einzelne Zapfstellen (zB Kuumlche) falls eine Rohrverlegung unverhaumlltnismaumlszligig erscheint oder bei denen nur wenig Warmwasser benoumltigt wird
Waumlrmepumpen sollten nur dann zum Einsatz kommen wenn die Jahresarbeitszahl jedenfalls houmlher ist als der Primaumlrenergiefaktor des eingesetzten Stroms
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
15
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
16
Dezentrales System
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN
Verteilung -bzw Bereitstellungs
technologie
Gas
Strom
Ja
Nein
Zentrale Versorgung
Ja
Nein13
Mischform Dezentrale
Versorgung
Ja (Durchlauferhitzer Kombitherme)
Ja
Solarthermie Ja Ja Nein
Waumlrmepumpe Quelle ErdeWasser
Luftwaumlrmepumpe
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja (Luumlftungs-Kombination)
Biomasse Ja Ja Nein
Fernwaumlrme Ja Ja Nein
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Vorteile verbrauchsnahe Waumlrmeerzeugung dh kurze Leitungslaumlngen und geringe Verteilverluste geringerer Wasserverbrauch durch rasches Erreichen der gewuumlnschten Temperatur bedarfsbezogene Warmwasserbereitung weniger Bereitschaftsverluste Entfall von Verteil- und Steigleitungen (reduziert Investitionskosten und Verteilverluste)
Nachteile bdquoSichtbarkeitldquo der Haustechnik in der Wohnung
Platzbedarf und damit verbundene Kosten (jeder Quadratmeter zaumlhlt im urbanen Geschoszligwohnbau)
beschraumlnkte Moumlglichkeit der Nutzung von erneuerbaren Energietraumlgern
Einsatz von hohen Leistungen pro Wohnung erforderlich (Teillastbetrieb eventuelle Beschraumlnkungen bei der Zulaumlssigkeit der Nutzung von Strom-Loumlsungen)
33 Uumlbersicht Verteilsysteme
Nicht jede Technologie-Quelle eignet sich fuumlr jedes Verteilsystem Folgende Tabelle fasst die prinzipiellen Moumlglichkeiten zusammen
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN
13 Ausgenommen elektshyrische Nachheizung
17
-
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
18
14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
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Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
shy
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
22
20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
26
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
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Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
shy
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
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Technologieleitfaden Warmwasser
47
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
48
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
LiterPerson und Tag (bei 60 degC)
Sozialer Wohnbau
Normaler Komfort
20 Liter
Mittlerer Komfort
40 Liter
Hoher Komfort
40 Liter
Allgemeiner Wohnbau 30 Liter 50 Liter 50 Liter
Gehobener Wohnbau 40 Liter 60 Liter 70 Liter
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
3 ARTEN DER WARMWASSERVERSORGUNG IM WOHNBAU
31 Systemdimensionierung
Die Planung der Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus erfordert die Beruumlcksichtigung des typischen Warmwasserbedarfs pro Person und Tag sowie Annahmen betreffend Gleichzeitigkeit
In der Literatur typischerweise angenommene Werte pro Person im Mehrfamilienhaus (siehe TABELLE 2) haumlngen von der Art des Wohnbaus sowie der jeweiligen Ausstattung ab Die typischen Zapfstellen umfassen Badewannen Brausen Waschtische (jeweils 45 degC) sowie Kuumlchenspuumllen (60 degC) Im Vergleich dazu wird in Buumlrogebaumluden uumlblicherweise mit einem niedrigeren Warmshywasserbedarf (10 ndash 40 lPerson und Tag) und durchgaumlngig niedrigeren Temperaturen (45 degC) gerechnet
Fuumlr die Planung wird uumlblicherweise mit einer Systemtemperatur von 60 degC sowie mit einer Kaltwassertemperatur von 10 degC gerechnet Zusaumltzlich werden Annahmen zum Bedarf von LiterPerson und Tag getroffen
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999
In uumlblichen Planungsrichtlinien wird ua auf eine Leitungsfuumlhrung auf dem kuumlrzesten Weg zwishyschen Wassererwaumlrmer und Zapfstellen ebenso wie auf die bdquonicht zu groszligzuumlgigeldquo Dimensionie-rung der Leitungen9 und eine durchgaumlngige Waumlrmedaumlmmung der Rohrleitungen inkl der Armaturen und Verbindungen hingewiesen
Die Dimensionierung der Leitungen haumlngt von der maximalen Entnahmeleistung pro Minute (ca 15 lMinute) sowie von Annahmen zur Gleichzeitigkeit des Bedarfs ab
Hierfuumlr werden Gleichzeitigkeitskurven angenommen welche uumlblicherweise den Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten bzw waumlhrend einer Stunde abbilden und jeweils mit der Anzahl der Wohneinheiten abnehmen Aktuelle Feldmessungen (Fenz 2012) zeigen dass in einigen Faumlllen die tatsaumlchliche Gleichzeitigkeit steiler abfaumlllt als in typischen Kurven angenommen und somit die eingesetzte Rohrdimension zu groszlig ist was zu zusaumltzlichen Waumlrmeverlusten fuumlhrt
shy
shy
9 In der Praxis sind haumlufig uumlberdimensionierte Systeme anzutreffen da sowohl bei der Planung als auch bei der Ausfuumlhrung noch Planungsreserven beruumlcksichtigt werden
11
70
60
50
40
30
20
10
Prozentuale Gleichzeitigkeit
0
4 Baumlder 20 Baumlder 100 Baumlder 500 Baumlder
Anzahl installierter Baumlder
Spitzenbedarf waumlhrend 1 Stunde oberer Bereich
Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten unterer Bereich
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
12
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999
Lastprofile fuumlr Warmwasser zeigen typischerweise tagesbezogene Unterschiede (Werktag Samstag Sonn- und Feiertag) (AGCS 2002) Typische Spitzen sind in den Morgen- und Abendshystunden zu erwarten Ausnahmen bilden die Lastprofile fuumlr SchichtarbeiterInnen haushaltsshyfuumlhrende Personen oder gibt es waumlhrend der Urlaubszeit
32 Systemarten
Die Waumlrme- und Warmwasserversorgung in Mehrfamilienhaumlusern kann uumlber verschiedene Arten erfolgen welche sich im Grad der Zentralisierung unterscheiden Die derzeit gaumlngigste Variante in Bestandsgebaumluden ist die zentrale Warmwasserversorgung mittels 4-Leiter-System Auch dezentrale Warmwasserbereitung mittels elektrischen oder gasbetriebenen Durchlauferhitzern ist weit verbreitet
Das Warmwasser-Verteilsystem kann je nach Systemdesign aus drei unterschiedlichen Leitungsshytypen bestehen Diese Leitungstypen unterscheiden sich dabei vor allem in der Rohrdimension Rohrlaumlnge bzw Verlegedichte aber auch durch die Positionierung und Leitungsfuumlhrung in der Gebaumludehuumllle Es wird unterschieden zwischen
Verteilleitungen Steigleitungen und
Anbindeleitungen
Warmwasserbereitung
gebaumludeshyzentral
Zentrale Versorgung
sehr haumlufig
wohnungszentral10
selten
dezentrale Versorgung
haumlufig
Heizung wohnungszentral
Gaskessel
kommt praktisch nicht vor
Gasetagenheizung Gastherme
haumlufig
Gaskessel Durchlauferhitzer
eher selten
dezentral
ndash Elektrospeicherheizung zentr Elektrospeicher
Elektrospeicherheizung Durchlauferhitzer
Sozialer Wohnbau sehr selten selten
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten von Systemdesigns der Warmwasservershysorgung in Mehrfamilienhaumlusern
shy
shy
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012
321 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Bei dieser Variante der zentralen Warmwasserversorgung fuumlhren jeweils zwei Leitungspaare (Vor-und Ruumlcklauf) fuumlr Heizung und Warmwasser getrennt in jede Wohnung Daruumlber hinaus gibt es oft noch zusaumltzliche Zirkulationsleitungen11 bis knapp vor die jeweiligen Zapfstellen
4-Leiter System
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Warmwasser
Zirkulation
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
Kaltwasser
1 Energiespeicher 2 zentraler Brauchwasser-Speicher 3 Warmwasser 4 Raumheizung 5 Speicher-Ladestation (inkl Waumlrmetauscher amp 2 Pumpen) 6 Heizungsumwaumllzpumpe 7 Zirkulationspumpe
1
5 5
5
6
7
2
3 4
Abb 4 Schema bdquoZentrale Versorgung (4-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
10 Wohnungszentrale Warmwasserbereishytung mit zentraler Heizung entspricht der bdquoMischformldquo (2-Leiter-System) im Bericht
11 OumlNORM ndash B 5019 Zusaumltzliche Leitung die das Verteilsystem zwischen dem Ende einer Warmwasser-Verteilleitung und dem Warmwassershybereiter schlieszligt und damit einen staumlndigen Kreislauf des erwaumlrmshyten Trinkwassers ermoumlglicht sowie keine direkten Entnahmeshystellen beinhaltet Die Zirkulationsleitung kann aus mehreren Zirkulationsstraumlngen und Zirkulationssamshymelleitungen besteshyhen Leitungen die das erwaumlrmte Trinkwasser zu den Entnahmestelshylen transportieren sind keine Zirkulatishyonsleitungen
13
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
14
Vorteile Kostenvorteile bei den Investitionskosten bei zentralem Einkauf
des Brennstoffes und in der Wartung erfordert keinen Platzbedarf in der Wohnung die Haustechnik ist bdquounsichtbarldquo im Technikraum hoher Komfort keine Beeinflussung der Schuumlttleistung12 durch
andere Zapfstellen in der Wohnung Energietraumlgerwechsel bzw Einbindung erneuerbarer Energie oder
Fernwaumlrme sind in der Regel ohne Aumlnderungen am Verteilsystem moumlglich ein zentraler Speicher weist weniger Speicherverluste auf als eine
Vielzahl kleiner Speicher (Verhaumlltnis Oberflaumlche zu Volumen) optimierte Systemdesigns fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasser
durch getrennte Speicher und ev Bereitstellung
Nachteile zusaumltzliche Energieaufwaumlnde Verluste und auch Kosten minusdurch laumlngere Leitungen minusdurch die Vorschriften zu den erforderlichen Mindesttemperaturen (geregelt in der
OumlNORM B 5019 ndash bdquoLegionellen-Normldquo) und daraus resultierende houmlhere Verantshywortung fuumlr die BetreiberInnen
322 Mischform (2-Leiter-System) Die sogenannten Wohnungsstationen stellen eine Mischform aus zentraler und dezentraler Versorgung dar Hier erfolgt die Waumlrmebereitstellung zentral die Warmwasserbereitung jedoch erst dezentral auf Wohnungsebene Als Option kann in den Wohnungen noch ein Tagesspeicher vorgesehen werden
2-Leiter System
1 Ruumlckschlagventil 2 Waumlrmetauscher im Solarkreis 3 3-Wegeshyventil 4 Solarkollektor 5 Umwaumllzpumpe im Solarkreis 6 Umwaumllzpumpe im Heizkreis 7 Waumlrmetauscher zur Speichershyladung 8 Raumheizung 9 Tagesspeicher (ca 150l)
8
11
1
5
5
2
4
6 3
3
7
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf
Warmwasser
Kaltwasser
WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
9
16
Abb 5 Schema bdquoMischform (2-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
12 Wasservolumen pro Zeit
Vorteile kein Platzbedarf in den Wohnungen fuumlr Speicher bzw Warmwasserbereiter Kostenvorteile bei zentralem Brennstoffeinkauf und Wartung anlassbezogene Warmwasserbereitung nur bei Zapfung reduzierte Bereitschaftsverluste reduzierte Verteilverluste aufgrund von geringeren Leitungslaumlngen
(keine Zirkulationsleitungen erforderlich) bdquoLegionellen-Normldquo (und damit hohe Systemtemperaturen) gilt nicht erhoumlhte Gesamteffizienz durch niedrige Ruumlcklauftemperaturen
fuumlr optimierten Betrieb von Solaranlagen und Brennwertkessel
Nachteile Vorlauftemperaturen nicht optimiert fuumlr Heizbetrieb
(va relevant beim Einsatz von Waumlrmepumpen) groumlszligere Durchmesser der Steig- und Verteilleitungen erforderlich
(Platzbedarf Leitungsverluste steigen) eventuelle Komforteinbuszligen bei gleichzeitiger Wasserentnahme
an verschiedenen Zapfstellen in der Wohnung zusaumltzlich hohe Kosten fuumlr die Wohnungsstationen (ca 1200 EURO pro Station)
323 Dezentrale Versorgung Dezentrale Warmwasserversorgung bedeutet Warmwasserbereitung am Ort des Bedarfs Dies kann entweder direkt bei der jeweiligen Zapfstelle sein oder aber an einem zentralen Ort innerhalb einer Wohnung in diesem Fall gibt es lediglich Anbindungsleitungen zu den Zapfstellen
In den meisten Faumlllen kommen als dezentrale Varianten Strom- oder Gasdurchlauferhitzer oder Warmwasserboiler zur Anwendung Bei Passivhaumlusern koumlnnen auch Luumlftungswaumlrmepumpen mit integrierter Warmwasserbereitung zum Einsatz kommen
Im Gegensatz zu zB Gasthermen fallen bei der direkten Waumlrmebereitstellung aus Strom nahezu keine Umwandlungsverluste an Allerdings muss Strom selbst erst durch Umwandlung bereitgestellt werden Dieser Umwandlungsprozess ist oft auch mit hohen Verlusten behaftet Ein korrekter Vergleich verschiedener Alternativen muumlsste uumlber den sogenannten Primaumlrener-gieeinsatz erfolgen Der Einsatz von Strom zur Bereitstellung von Warmwasser kann somit unter folgenden Rahmenbedingungen empfohlen werden
Wenn Strom (vorwiegend) mittels erneuerbarer Energie (wenn moumlglich vor Ort) bdquoerzeugtldquo wurde
Wenn Strom zum Nachheizenzur Spitzenabdeckung verwendet wird und somit das System fuumlr niedrigere Temperaturen ausgelegt werden kann bzw zur Erfuumlllung von Hygieneanforderungen
Wenn es sich um wenig kompakte Bauwerke handelt wo mit uumlberproportionalen Verteilverlusten gerechnet werden muss und somit zu einer dezentralen Versor-gung geraten wird
Fuumlr einzelne Zapfstellen (zB Kuumlche) falls eine Rohrverlegung unverhaumlltnismaumlszligig erscheint oder bei denen nur wenig Warmwasser benoumltigt wird
Waumlrmepumpen sollten nur dann zum Einsatz kommen wenn die Jahresarbeitszahl jedenfalls houmlher ist als der Primaumlrenergiefaktor des eingesetzten Stroms
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
15
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
16
Dezentrales System
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN
Verteilung -bzw Bereitstellungs
technologie
Gas
Strom
Ja
Nein
Zentrale Versorgung
Ja
Nein13
Mischform Dezentrale
Versorgung
Ja (Durchlauferhitzer Kombitherme)
Ja
Solarthermie Ja Ja Nein
Waumlrmepumpe Quelle ErdeWasser
Luftwaumlrmepumpe
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja (Luumlftungs-Kombination)
Biomasse Ja Ja Nein
Fernwaumlrme Ja Ja Nein
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Vorteile verbrauchsnahe Waumlrmeerzeugung dh kurze Leitungslaumlngen und geringe Verteilverluste geringerer Wasserverbrauch durch rasches Erreichen der gewuumlnschten Temperatur bedarfsbezogene Warmwasserbereitung weniger Bereitschaftsverluste Entfall von Verteil- und Steigleitungen (reduziert Investitionskosten und Verteilverluste)
Nachteile bdquoSichtbarkeitldquo der Haustechnik in der Wohnung
Platzbedarf und damit verbundene Kosten (jeder Quadratmeter zaumlhlt im urbanen Geschoszligwohnbau)
beschraumlnkte Moumlglichkeit der Nutzung von erneuerbaren Energietraumlgern
Einsatz von hohen Leistungen pro Wohnung erforderlich (Teillastbetrieb eventuelle Beschraumlnkungen bei der Zulaumlssigkeit der Nutzung von Strom-Loumlsungen)
33 Uumlbersicht Verteilsysteme
Nicht jede Technologie-Quelle eignet sich fuumlr jedes Verteilsystem Folgende Tabelle fasst die prinzipiellen Moumlglichkeiten zusammen
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN
13 Ausgenommen elektshyrische Nachheizung
17
-
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
18
14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
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shy
shyshy
shy
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Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
shy
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
22
20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
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Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
48
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
70
60
50
40
30
20
10
Prozentuale Gleichzeitigkeit
0
4 Baumlder 20 Baumlder 100 Baumlder 500 Baumlder
Anzahl installierter Baumlder
Spitzenbedarf waumlhrend 1 Stunde oberer Bereich
Spitzenbedarf waumlhrend 10 Minuten unterer Bereich
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
12
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999
Lastprofile fuumlr Warmwasser zeigen typischerweise tagesbezogene Unterschiede (Werktag Samstag Sonn- und Feiertag) (AGCS 2002) Typische Spitzen sind in den Morgen- und Abendshystunden zu erwarten Ausnahmen bilden die Lastprofile fuumlr SchichtarbeiterInnen haushaltsshyfuumlhrende Personen oder gibt es waumlhrend der Urlaubszeit
32 Systemarten
Die Waumlrme- und Warmwasserversorgung in Mehrfamilienhaumlusern kann uumlber verschiedene Arten erfolgen welche sich im Grad der Zentralisierung unterscheiden Die derzeit gaumlngigste Variante in Bestandsgebaumluden ist die zentrale Warmwasserversorgung mittels 4-Leiter-System Auch dezentrale Warmwasserbereitung mittels elektrischen oder gasbetriebenen Durchlauferhitzern ist weit verbreitet
Das Warmwasser-Verteilsystem kann je nach Systemdesign aus drei unterschiedlichen Leitungsshytypen bestehen Diese Leitungstypen unterscheiden sich dabei vor allem in der Rohrdimension Rohrlaumlnge bzw Verlegedichte aber auch durch die Positionierung und Leitungsfuumlhrung in der Gebaumludehuumllle Es wird unterschieden zwischen
Verteilleitungen Steigleitungen und
Anbindeleitungen
Warmwasserbereitung
gebaumludeshyzentral
Zentrale Versorgung
sehr haumlufig
wohnungszentral10
selten
dezentrale Versorgung
haumlufig
Heizung wohnungszentral
Gaskessel
kommt praktisch nicht vor
Gasetagenheizung Gastherme
haumlufig
Gaskessel Durchlauferhitzer
eher selten
dezentral
ndash Elektrospeicherheizung zentr Elektrospeicher
Elektrospeicherheizung Durchlauferhitzer
Sozialer Wohnbau sehr selten selten
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten von Systemdesigns der Warmwasservershysorgung in Mehrfamilienhaumlusern
shy
shy
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012
321 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Bei dieser Variante der zentralen Warmwasserversorgung fuumlhren jeweils zwei Leitungspaare (Vor-und Ruumlcklauf) fuumlr Heizung und Warmwasser getrennt in jede Wohnung Daruumlber hinaus gibt es oft noch zusaumltzliche Zirkulationsleitungen11 bis knapp vor die jeweiligen Zapfstellen
4-Leiter System
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Warmwasser
Zirkulation
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
Kaltwasser
1 Energiespeicher 2 zentraler Brauchwasser-Speicher 3 Warmwasser 4 Raumheizung 5 Speicher-Ladestation (inkl Waumlrmetauscher amp 2 Pumpen) 6 Heizungsumwaumllzpumpe 7 Zirkulationspumpe
1
5 5
5
6
7
2
3 4
Abb 4 Schema bdquoZentrale Versorgung (4-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
10 Wohnungszentrale Warmwasserbereishytung mit zentraler Heizung entspricht der bdquoMischformldquo (2-Leiter-System) im Bericht
11 OumlNORM ndash B 5019 Zusaumltzliche Leitung die das Verteilsystem zwischen dem Ende einer Warmwasser-Verteilleitung und dem Warmwassershybereiter schlieszligt und damit einen staumlndigen Kreislauf des erwaumlrmshyten Trinkwassers ermoumlglicht sowie keine direkten Entnahmeshystellen beinhaltet Die Zirkulationsleitung kann aus mehreren Zirkulationsstraumlngen und Zirkulationssamshymelleitungen besteshyhen Leitungen die das erwaumlrmte Trinkwasser zu den Entnahmestelshylen transportieren sind keine Zirkulatishyonsleitungen
13
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
14
Vorteile Kostenvorteile bei den Investitionskosten bei zentralem Einkauf
des Brennstoffes und in der Wartung erfordert keinen Platzbedarf in der Wohnung die Haustechnik ist bdquounsichtbarldquo im Technikraum hoher Komfort keine Beeinflussung der Schuumlttleistung12 durch
andere Zapfstellen in der Wohnung Energietraumlgerwechsel bzw Einbindung erneuerbarer Energie oder
Fernwaumlrme sind in der Regel ohne Aumlnderungen am Verteilsystem moumlglich ein zentraler Speicher weist weniger Speicherverluste auf als eine
Vielzahl kleiner Speicher (Verhaumlltnis Oberflaumlche zu Volumen) optimierte Systemdesigns fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasser
durch getrennte Speicher und ev Bereitstellung
Nachteile zusaumltzliche Energieaufwaumlnde Verluste und auch Kosten minusdurch laumlngere Leitungen minusdurch die Vorschriften zu den erforderlichen Mindesttemperaturen (geregelt in der
OumlNORM B 5019 ndash bdquoLegionellen-Normldquo) und daraus resultierende houmlhere Verantshywortung fuumlr die BetreiberInnen
322 Mischform (2-Leiter-System) Die sogenannten Wohnungsstationen stellen eine Mischform aus zentraler und dezentraler Versorgung dar Hier erfolgt die Waumlrmebereitstellung zentral die Warmwasserbereitung jedoch erst dezentral auf Wohnungsebene Als Option kann in den Wohnungen noch ein Tagesspeicher vorgesehen werden
2-Leiter System
1 Ruumlckschlagventil 2 Waumlrmetauscher im Solarkreis 3 3-Wegeshyventil 4 Solarkollektor 5 Umwaumllzpumpe im Solarkreis 6 Umwaumllzpumpe im Heizkreis 7 Waumlrmetauscher zur Speichershyladung 8 Raumheizung 9 Tagesspeicher (ca 150l)
8
11
1
5
5
2
4
6 3
3
7
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf
Warmwasser
Kaltwasser
WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
9
16
Abb 5 Schema bdquoMischform (2-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
12 Wasservolumen pro Zeit
Vorteile kein Platzbedarf in den Wohnungen fuumlr Speicher bzw Warmwasserbereiter Kostenvorteile bei zentralem Brennstoffeinkauf und Wartung anlassbezogene Warmwasserbereitung nur bei Zapfung reduzierte Bereitschaftsverluste reduzierte Verteilverluste aufgrund von geringeren Leitungslaumlngen
(keine Zirkulationsleitungen erforderlich) bdquoLegionellen-Normldquo (und damit hohe Systemtemperaturen) gilt nicht erhoumlhte Gesamteffizienz durch niedrige Ruumlcklauftemperaturen
fuumlr optimierten Betrieb von Solaranlagen und Brennwertkessel
Nachteile Vorlauftemperaturen nicht optimiert fuumlr Heizbetrieb
(va relevant beim Einsatz von Waumlrmepumpen) groumlszligere Durchmesser der Steig- und Verteilleitungen erforderlich
(Platzbedarf Leitungsverluste steigen) eventuelle Komforteinbuszligen bei gleichzeitiger Wasserentnahme
an verschiedenen Zapfstellen in der Wohnung zusaumltzlich hohe Kosten fuumlr die Wohnungsstationen (ca 1200 EURO pro Station)
323 Dezentrale Versorgung Dezentrale Warmwasserversorgung bedeutet Warmwasserbereitung am Ort des Bedarfs Dies kann entweder direkt bei der jeweiligen Zapfstelle sein oder aber an einem zentralen Ort innerhalb einer Wohnung in diesem Fall gibt es lediglich Anbindungsleitungen zu den Zapfstellen
In den meisten Faumlllen kommen als dezentrale Varianten Strom- oder Gasdurchlauferhitzer oder Warmwasserboiler zur Anwendung Bei Passivhaumlusern koumlnnen auch Luumlftungswaumlrmepumpen mit integrierter Warmwasserbereitung zum Einsatz kommen
Im Gegensatz zu zB Gasthermen fallen bei der direkten Waumlrmebereitstellung aus Strom nahezu keine Umwandlungsverluste an Allerdings muss Strom selbst erst durch Umwandlung bereitgestellt werden Dieser Umwandlungsprozess ist oft auch mit hohen Verlusten behaftet Ein korrekter Vergleich verschiedener Alternativen muumlsste uumlber den sogenannten Primaumlrener-gieeinsatz erfolgen Der Einsatz von Strom zur Bereitstellung von Warmwasser kann somit unter folgenden Rahmenbedingungen empfohlen werden
Wenn Strom (vorwiegend) mittels erneuerbarer Energie (wenn moumlglich vor Ort) bdquoerzeugtldquo wurde
Wenn Strom zum Nachheizenzur Spitzenabdeckung verwendet wird und somit das System fuumlr niedrigere Temperaturen ausgelegt werden kann bzw zur Erfuumlllung von Hygieneanforderungen
Wenn es sich um wenig kompakte Bauwerke handelt wo mit uumlberproportionalen Verteilverlusten gerechnet werden muss und somit zu einer dezentralen Versor-gung geraten wird
Fuumlr einzelne Zapfstellen (zB Kuumlche) falls eine Rohrverlegung unverhaumlltnismaumlszligig erscheint oder bei denen nur wenig Warmwasser benoumltigt wird
Waumlrmepumpen sollten nur dann zum Einsatz kommen wenn die Jahresarbeitszahl jedenfalls houmlher ist als der Primaumlrenergiefaktor des eingesetzten Stroms
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
15
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
16
Dezentrales System
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN
Verteilung -bzw Bereitstellungs
technologie
Gas
Strom
Ja
Nein
Zentrale Versorgung
Ja
Nein13
Mischform Dezentrale
Versorgung
Ja (Durchlauferhitzer Kombitherme)
Ja
Solarthermie Ja Ja Nein
Waumlrmepumpe Quelle ErdeWasser
Luftwaumlrmepumpe
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja (Luumlftungs-Kombination)
Biomasse Ja Ja Nein
Fernwaumlrme Ja Ja Nein
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Vorteile verbrauchsnahe Waumlrmeerzeugung dh kurze Leitungslaumlngen und geringe Verteilverluste geringerer Wasserverbrauch durch rasches Erreichen der gewuumlnschten Temperatur bedarfsbezogene Warmwasserbereitung weniger Bereitschaftsverluste Entfall von Verteil- und Steigleitungen (reduziert Investitionskosten und Verteilverluste)
Nachteile bdquoSichtbarkeitldquo der Haustechnik in der Wohnung
Platzbedarf und damit verbundene Kosten (jeder Quadratmeter zaumlhlt im urbanen Geschoszligwohnbau)
beschraumlnkte Moumlglichkeit der Nutzung von erneuerbaren Energietraumlgern
Einsatz von hohen Leistungen pro Wohnung erforderlich (Teillastbetrieb eventuelle Beschraumlnkungen bei der Zulaumlssigkeit der Nutzung von Strom-Loumlsungen)
33 Uumlbersicht Verteilsysteme
Nicht jede Technologie-Quelle eignet sich fuumlr jedes Verteilsystem Folgende Tabelle fasst die prinzipiellen Moumlglichkeiten zusammen
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN
13 Ausgenommen elektshyrische Nachheizung
17
-
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
18
14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
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Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
shy
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
22
20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
26
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
Warmwasserbereitung
gebaumludeshyzentral
Zentrale Versorgung
sehr haumlufig
wohnungszentral10
selten
dezentrale Versorgung
haumlufig
Heizung wohnungszentral
Gaskessel
kommt praktisch nicht vor
Gasetagenheizung Gastherme
haumlufig
Gaskessel Durchlauferhitzer
eher selten
dezentral
ndash Elektrospeicherheizung zentr Elektrospeicher
Elektrospeicherheizung Durchlauferhitzer
Sozialer Wohnbau sehr selten selten
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Moumlglichkeiten von Systemdesigns der Warmwasservershysorgung in Mehrfamilienhaumlusern
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Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012
321 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Bei dieser Variante der zentralen Warmwasserversorgung fuumlhren jeweils zwei Leitungspaare (Vor-und Ruumlcklauf) fuumlr Heizung und Warmwasser getrennt in jede Wohnung Daruumlber hinaus gibt es oft noch zusaumltzliche Zirkulationsleitungen11 bis knapp vor die jeweiligen Zapfstellen
4-Leiter System
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Warmwasser
Zirkulation
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
Kaltwasser
1 Energiespeicher 2 zentraler Brauchwasser-Speicher 3 Warmwasser 4 Raumheizung 5 Speicher-Ladestation (inkl Waumlrmetauscher amp 2 Pumpen) 6 Heizungsumwaumllzpumpe 7 Zirkulationspumpe
1
5 5
5
6
7
2
3 4
Abb 4 Schema bdquoZentrale Versorgung (4-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
10 Wohnungszentrale Warmwasserbereishytung mit zentraler Heizung entspricht der bdquoMischformldquo (2-Leiter-System) im Bericht
11 OumlNORM ndash B 5019 Zusaumltzliche Leitung die das Verteilsystem zwischen dem Ende einer Warmwasser-Verteilleitung und dem Warmwassershybereiter schlieszligt und damit einen staumlndigen Kreislauf des erwaumlrmshyten Trinkwassers ermoumlglicht sowie keine direkten Entnahmeshystellen beinhaltet Die Zirkulationsleitung kann aus mehreren Zirkulationsstraumlngen und Zirkulationssamshymelleitungen besteshyhen Leitungen die das erwaumlrmte Trinkwasser zu den Entnahmestelshylen transportieren sind keine Zirkulatishyonsleitungen
13
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
14
Vorteile Kostenvorteile bei den Investitionskosten bei zentralem Einkauf
des Brennstoffes und in der Wartung erfordert keinen Platzbedarf in der Wohnung die Haustechnik ist bdquounsichtbarldquo im Technikraum hoher Komfort keine Beeinflussung der Schuumlttleistung12 durch
andere Zapfstellen in der Wohnung Energietraumlgerwechsel bzw Einbindung erneuerbarer Energie oder
Fernwaumlrme sind in der Regel ohne Aumlnderungen am Verteilsystem moumlglich ein zentraler Speicher weist weniger Speicherverluste auf als eine
Vielzahl kleiner Speicher (Verhaumlltnis Oberflaumlche zu Volumen) optimierte Systemdesigns fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasser
durch getrennte Speicher und ev Bereitstellung
Nachteile zusaumltzliche Energieaufwaumlnde Verluste und auch Kosten minusdurch laumlngere Leitungen minusdurch die Vorschriften zu den erforderlichen Mindesttemperaturen (geregelt in der
OumlNORM B 5019 ndash bdquoLegionellen-Normldquo) und daraus resultierende houmlhere Verantshywortung fuumlr die BetreiberInnen
322 Mischform (2-Leiter-System) Die sogenannten Wohnungsstationen stellen eine Mischform aus zentraler und dezentraler Versorgung dar Hier erfolgt die Waumlrmebereitstellung zentral die Warmwasserbereitung jedoch erst dezentral auf Wohnungsebene Als Option kann in den Wohnungen noch ein Tagesspeicher vorgesehen werden
2-Leiter System
1 Ruumlckschlagventil 2 Waumlrmetauscher im Solarkreis 3 3-Wegeshyventil 4 Solarkollektor 5 Umwaumllzpumpe im Solarkreis 6 Umwaumllzpumpe im Heizkreis 7 Waumlrmetauscher zur Speichershyladung 8 Raumheizung 9 Tagesspeicher (ca 150l)
8
11
1
5
5
2
4
6 3
3
7
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf
Warmwasser
Kaltwasser
WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
9
16
Abb 5 Schema bdquoMischform (2-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
12 Wasservolumen pro Zeit
Vorteile kein Platzbedarf in den Wohnungen fuumlr Speicher bzw Warmwasserbereiter Kostenvorteile bei zentralem Brennstoffeinkauf und Wartung anlassbezogene Warmwasserbereitung nur bei Zapfung reduzierte Bereitschaftsverluste reduzierte Verteilverluste aufgrund von geringeren Leitungslaumlngen
(keine Zirkulationsleitungen erforderlich) bdquoLegionellen-Normldquo (und damit hohe Systemtemperaturen) gilt nicht erhoumlhte Gesamteffizienz durch niedrige Ruumlcklauftemperaturen
fuumlr optimierten Betrieb von Solaranlagen und Brennwertkessel
Nachteile Vorlauftemperaturen nicht optimiert fuumlr Heizbetrieb
(va relevant beim Einsatz von Waumlrmepumpen) groumlszligere Durchmesser der Steig- und Verteilleitungen erforderlich
(Platzbedarf Leitungsverluste steigen) eventuelle Komforteinbuszligen bei gleichzeitiger Wasserentnahme
an verschiedenen Zapfstellen in der Wohnung zusaumltzlich hohe Kosten fuumlr die Wohnungsstationen (ca 1200 EURO pro Station)
323 Dezentrale Versorgung Dezentrale Warmwasserversorgung bedeutet Warmwasserbereitung am Ort des Bedarfs Dies kann entweder direkt bei der jeweiligen Zapfstelle sein oder aber an einem zentralen Ort innerhalb einer Wohnung in diesem Fall gibt es lediglich Anbindungsleitungen zu den Zapfstellen
In den meisten Faumlllen kommen als dezentrale Varianten Strom- oder Gasdurchlauferhitzer oder Warmwasserboiler zur Anwendung Bei Passivhaumlusern koumlnnen auch Luumlftungswaumlrmepumpen mit integrierter Warmwasserbereitung zum Einsatz kommen
Im Gegensatz zu zB Gasthermen fallen bei der direkten Waumlrmebereitstellung aus Strom nahezu keine Umwandlungsverluste an Allerdings muss Strom selbst erst durch Umwandlung bereitgestellt werden Dieser Umwandlungsprozess ist oft auch mit hohen Verlusten behaftet Ein korrekter Vergleich verschiedener Alternativen muumlsste uumlber den sogenannten Primaumlrener-gieeinsatz erfolgen Der Einsatz von Strom zur Bereitstellung von Warmwasser kann somit unter folgenden Rahmenbedingungen empfohlen werden
Wenn Strom (vorwiegend) mittels erneuerbarer Energie (wenn moumlglich vor Ort) bdquoerzeugtldquo wurde
Wenn Strom zum Nachheizenzur Spitzenabdeckung verwendet wird und somit das System fuumlr niedrigere Temperaturen ausgelegt werden kann bzw zur Erfuumlllung von Hygieneanforderungen
Wenn es sich um wenig kompakte Bauwerke handelt wo mit uumlberproportionalen Verteilverlusten gerechnet werden muss und somit zu einer dezentralen Versor-gung geraten wird
Fuumlr einzelne Zapfstellen (zB Kuumlche) falls eine Rohrverlegung unverhaumlltnismaumlszligig erscheint oder bei denen nur wenig Warmwasser benoumltigt wird
Waumlrmepumpen sollten nur dann zum Einsatz kommen wenn die Jahresarbeitszahl jedenfalls houmlher ist als der Primaumlrenergiefaktor des eingesetzten Stroms
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
15
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
16
Dezentrales System
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN
Verteilung -bzw Bereitstellungs
technologie
Gas
Strom
Ja
Nein
Zentrale Versorgung
Ja
Nein13
Mischform Dezentrale
Versorgung
Ja (Durchlauferhitzer Kombitherme)
Ja
Solarthermie Ja Ja Nein
Waumlrmepumpe Quelle ErdeWasser
Luftwaumlrmepumpe
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja (Luumlftungs-Kombination)
Biomasse Ja Ja Nein
Fernwaumlrme Ja Ja Nein
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Vorteile verbrauchsnahe Waumlrmeerzeugung dh kurze Leitungslaumlngen und geringe Verteilverluste geringerer Wasserverbrauch durch rasches Erreichen der gewuumlnschten Temperatur bedarfsbezogene Warmwasserbereitung weniger Bereitschaftsverluste Entfall von Verteil- und Steigleitungen (reduziert Investitionskosten und Verteilverluste)
Nachteile bdquoSichtbarkeitldquo der Haustechnik in der Wohnung
Platzbedarf und damit verbundene Kosten (jeder Quadratmeter zaumlhlt im urbanen Geschoszligwohnbau)
beschraumlnkte Moumlglichkeit der Nutzung von erneuerbaren Energietraumlgern
Einsatz von hohen Leistungen pro Wohnung erforderlich (Teillastbetrieb eventuelle Beschraumlnkungen bei der Zulaumlssigkeit der Nutzung von Strom-Loumlsungen)
33 Uumlbersicht Verteilsysteme
Nicht jede Technologie-Quelle eignet sich fuumlr jedes Verteilsystem Folgende Tabelle fasst die prinzipiellen Moumlglichkeiten zusammen
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN
13 Ausgenommen elektshyrische Nachheizung
17
-
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
shyshy shy shy
shy
shy
shyshy
shy
shy
shy
Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
shy
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
22
20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
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-Tank-in-Tank Speicher
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Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
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32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
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Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
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Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
14
Vorteile Kostenvorteile bei den Investitionskosten bei zentralem Einkauf
des Brennstoffes und in der Wartung erfordert keinen Platzbedarf in der Wohnung die Haustechnik ist bdquounsichtbarldquo im Technikraum hoher Komfort keine Beeinflussung der Schuumlttleistung12 durch
andere Zapfstellen in der Wohnung Energietraumlgerwechsel bzw Einbindung erneuerbarer Energie oder
Fernwaumlrme sind in der Regel ohne Aumlnderungen am Verteilsystem moumlglich ein zentraler Speicher weist weniger Speicherverluste auf als eine
Vielzahl kleiner Speicher (Verhaumlltnis Oberflaumlche zu Volumen) optimierte Systemdesigns fuumlr Raumwaumlrme und Warmwasser
durch getrennte Speicher und ev Bereitstellung
Nachteile zusaumltzliche Energieaufwaumlnde Verluste und auch Kosten minusdurch laumlngere Leitungen minusdurch die Vorschriften zu den erforderlichen Mindesttemperaturen (geregelt in der
OumlNORM B 5019 ndash bdquoLegionellen-Normldquo) und daraus resultierende houmlhere Verantshywortung fuumlr die BetreiberInnen
322 Mischform (2-Leiter-System) Die sogenannten Wohnungsstationen stellen eine Mischform aus zentraler und dezentraler Versorgung dar Hier erfolgt die Waumlrmebereitstellung zentral die Warmwasserbereitung jedoch erst dezentral auf Wohnungsebene Als Option kann in den Wohnungen noch ein Tagesspeicher vorgesehen werden
2-Leiter System
1 Ruumlckschlagventil 2 Waumlrmetauscher im Solarkreis 3 3-Wegeshyventil 4 Solarkollektor 5 Umwaumllzpumpe im Solarkreis 6 Umwaumllzpumpe im Heizkreis 7 Waumlrmetauscher zur Speichershyladung 8 Raumheizung 9 Tagesspeicher (ca 150l)
8
11
1
5
5
2
4
6 3
3
7
VERTEILUNGSshyLEITUNGEN
Heizungs-Vorlauf
Heizungs-Ruumlcklauf
Warmwasser
Kaltwasser
WAuml
RM
EshyB
ER
EIT
STE
LLU
NG
9
16
Abb 5 Schema bdquoMischform (2-Leiter-System)ldquo Quelle ALLPLAN
12 Wasservolumen pro Zeit
Vorteile kein Platzbedarf in den Wohnungen fuumlr Speicher bzw Warmwasserbereiter Kostenvorteile bei zentralem Brennstoffeinkauf und Wartung anlassbezogene Warmwasserbereitung nur bei Zapfung reduzierte Bereitschaftsverluste reduzierte Verteilverluste aufgrund von geringeren Leitungslaumlngen
(keine Zirkulationsleitungen erforderlich) bdquoLegionellen-Normldquo (und damit hohe Systemtemperaturen) gilt nicht erhoumlhte Gesamteffizienz durch niedrige Ruumlcklauftemperaturen
fuumlr optimierten Betrieb von Solaranlagen und Brennwertkessel
Nachteile Vorlauftemperaturen nicht optimiert fuumlr Heizbetrieb
(va relevant beim Einsatz von Waumlrmepumpen) groumlszligere Durchmesser der Steig- und Verteilleitungen erforderlich
(Platzbedarf Leitungsverluste steigen) eventuelle Komforteinbuszligen bei gleichzeitiger Wasserentnahme
an verschiedenen Zapfstellen in der Wohnung zusaumltzlich hohe Kosten fuumlr die Wohnungsstationen (ca 1200 EURO pro Station)
323 Dezentrale Versorgung Dezentrale Warmwasserversorgung bedeutet Warmwasserbereitung am Ort des Bedarfs Dies kann entweder direkt bei der jeweiligen Zapfstelle sein oder aber an einem zentralen Ort innerhalb einer Wohnung in diesem Fall gibt es lediglich Anbindungsleitungen zu den Zapfstellen
In den meisten Faumlllen kommen als dezentrale Varianten Strom- oder Gasdurchlauferhitzer oder Warmwasserboiler zur Anwendung Bei Passivhaumlusern koumlnnen auch Luumlftungswaumlrmepumpen mit integrierter Warmwasserbereitung zum Einsatz kommen
Im Gegensatz zu zB Gasthermen fallen bei der direkten Waumlrmebereitstellung aus Strom nahezu keine Umwandlungsverluste an Allerdings muss Strom selbst erst durch Umwandlung bereitgestellt werden Dieser Umwandlungsprozess ist oft auch mit hohen Verlusten behaftet Ein korrekter Vergleich verschiedener Alternativen muumlsste uumlber den sogenannten Primaumlrener-gieeinsatz erfolgen Der Einsatz von Strom zur Bereitstellung von Warmwasser kann somit unter folgenden Rahmenbedingungen empfohlen werden
Wenn Strom (vorwiegend) mittels erneuerbarer Energie (wenn moumlglich vor Ort) bdquoerzeugtldquo wurde
Wenn Strom zum Nachheizenzur Spitzenabdeckung verwendet wird und somit das System fuumlr niedrigere Temperaturen ausgelegt werden kann bzw zur Erfuumlllung von Hygieneanforderungen
Wenn es sich um wenig kompakte Bauwerke handelt wo mit uumlberproportionalen Verteilverlusten gerechnet werden muss und somit zu einer dezentralen Versor-gung geraten wird
Fuumlr einzelne Zapfstellen (zB Kuumlche) falls eine Rohrverlegung unverhaumlltnismaumlszligig erscheint oder bei denen nur wenig Warmwasser benoumltigt wird
Waumlrmepumpen sollten nur dann zum Einsatz kommen wenn die Jahresarbeitszahl jedenfalls houmlher ist als der Primaumlrenergiefaktor des eingesetzten Stroms
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
15
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
16
Dezentrales System
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN
Verteilung -bzw Bereitstellungs
technologie
Gas
Strom
Ja
Nein
Zentrale Versorgung
Ja
Nein13
Mischform Dezentrale
Versorgung
Ja (Durchlauferhitzer Kombitherme)
Ja
Solarthermie Ja Ja Nein
Waumlrmepumpe Quelle ErdeWasser
Luftwaumlrmepumpe
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja (Luumlftungs-Kombination)
Biomasse Ja Ja Nein
Fernwaumlrme Ja Ja Nein
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Vorteile verbrauchsnahe Waumlrmeerzeugung dh kurze Leitungslaumlngen und geringe Verteilverluste geringerer Wasserverbrauch durch rasches Erreichen der gewuumlnschten Temperatur bedarfsbezogene Warmwasserbereitung weniger Bereitschaftsverluste Entfall von Verteil- und Steigleitungen (reduziert Investitionskosten und Verteilverluste)
Nachteile bdquoSichtbarkeitldquo der Haustechnik in der Wohnung
Platzbedarf und damit verbundene Kosten (jeder Quadratmeter zaumlhlt im urbanen Geschoszligwohnbau)
beschraumlnkte Moumlglichkeit der Nutzung von erneuerbaren Energietraumlgern
Einsatz von hohen Leistungen pro Wohnung erforderlich (Teillastbetrieb eventuelle Beschraumlnkungen bei der Zulaumlssigkeit der Nutzung von Strom-Loumlsungen)
33 Uumlbersicht Verteilsysteme
Nicht jede Technologie-Quelle eignet sich fuumlr jedes Verteilsystem Folgende Tabelle fasst die prinzipiellen Moumlglichkeiten zusammen
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN
13 Ausgenommen elektshyrische Nachheizung
17
-
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
18
14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
shyshy shy shy
shy
shy
shyshy
shy
shy
shy
Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
shy
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
22
20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
26
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
shy
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
Vorteile kein Platzbedarf in den Wohnungen fuumlr Speicher bzw Warmwasserbereiter Kostenvorteile bei zentralem Brennstoffeinkauf und Wartung anlassbezogene Warmwasserbereitung nur bei Zapfung reduzierte Bereitschaftsverluste reduzierte Verteilverluste aufgrund von geringeren Leitungslaumlngen
(keine Zirkulationsleitungen erforderlich) bdquoLegionellen-Normldquo (und damit hohe Systemtemperaturen) gilt nicht erhoumlhte Gesamteffizienz durch niedrige Ruumlcklauftemperaturen
fuumlr optimierten Betrieb von Solaranlagen und Brennwertkessel
Nachteile Vorlauftemperaturen nicht optimiert fuumlr Heizbetrieb
(va relevant beim Einsatz von Waumlrmepumpen) groumlszligere Durchmesser der Steig- und Verteilleitungen erforderlich
(Platzbedarf Leitungsverluste steigen) eventuelle Komforteinbuszligen bei gleichzeitiger Wasserentnahme
an verschiedenen Zapfstellen in der Wohnung zusaumltzlich hohe Kosten fuumlr die Wohnungsstationen (ca 1200 EURO pro Station)
323 Dezentrale Versorgung Dezentrale Warmwasserversorgung bedeutet Warmwasserbereitung am Ort des Bedarfs Dies kann entweder direkt bei der jeweiligen Zapfstelle sein oder aber an einem zentralen Ort innerhalb einer Wohnung in diesem Fall gibt es lediglich Anbindungsleitungen zu den Zapfstellen
In den meisten Faumlllen kommen als dezentrale Varianten Strom- oder Gasdurchlauferhitzer oder Warmwasserboiler zur Anwendung Bei Passivhaumlusern koumlnnen auch Luumlftungswaumlrmepumpen mit integrierter Warmwasserbereitung zum Einsatz kommen
Im Gegensatz zu zB Gasthermen fallen bei der direkten Waumlrmebereitstellung aus Strom nahezu keine Umwandlungsverluste an Allerdings muss Strom selbst erst durch Umwandlung bereitgestellt werden Dieser Umwandlungsprozess ist oft auch mit hohen Verlusten behaftet Ein korrekter Vergleich verschiedener Alternativen muumlsste uumlber den sogenannten Primaumlrener-gieeinsatz erfolgen Der Einsatz von Strom zur Bereitstellung von Warmwasser kann somit unter folgenden Rahmenbedingungen empfohlen werden
Wenn Strom (vorwiegend) mittels erneuerbarer Energie (wenn moumlglich vor Ort) bdquoerzeugtldquo wurde
Wenn Strom zum Nachheizenzur Spitzenabdeckung verwendet wird und somit das System fuumlr niedrigere Temperaturen ausgelegt werden kann bzw zur Erfuumlllung von Hygieneanforderungen
Wenn es sich um wenig kompakte Bauwerke handelt wo mit uumlberproportionalen Verteilverlusten gerechnet werden muss und somit zu einer dezentralen Versor-gung geraten wird
Fuumlr einzelne Zapfstellen (zB Kuumlche) falls eine Rohrverlegung unverhaumlltnismaumlszligig erscheint oder bei denen nur wenig Warmwasser benoumltigt wird
Waumlrmepumpen sollten nur dann zum Einsatz kommen wenn die Jahresarbeitszahl jedenfalls houmlher ist als der Primaumlrenergiefaktor des eingesetzten Stroms
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
15
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
16
Dezentrales System
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN
Verteilung -bzw Bereitstellungs
technologie
Gas
Strom
Ja
Nein
Zentrale Versorgung
Ja
Nein13
Mischform Dezentrale
Versorgung
Ja (Durchlauferhitzer Kombitherme)
Ja
Solarthermie Ja Ja Nein
Waumlrmepumpe Quelle ErdeWasser
Luftwaumlrmepumpe
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja (Luumlftungs-Kombination)
Biomasse Ja Ja Nein
Fernwaumlrme Ja Ja Nein
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Vorteile verbrauchsnahe Waumlrmeerzeugung dh kurze Leitungslaumlngen und geringe Verteilverluste geringerer Wasserverbrauch durch rasches Erreichen der gewuumlnschten Temperatur bedarfsbezogene Warmwasserbereitung weniger Bereitschaftsverluste Entfall von Verteil- und Steigleitungen (reduziert Investitionskosten und Verteilverluste)
Nachteile bdquoSichtbarkeitldquo der Haustechnik in der Wohnung
Platzbedarf und damit verbundene Kosten (jeder Quadratmeter zaumlhlt im urbanen Geschoszligwohnbau)
beschraumlnkte Moumlglichkeit der Nutzung von erneuerbaren Energietraumlgern
Einsatz von hohen Leistungen pro Wohnung erforderlich (Teillastbetrieb eventuelle Beschraumlnkungen bei der Zulaumlssigkeit der Nutzung von Strom-Loumlsungen)
33 Uumlbersicht Verteilsysteme
Nicht jede Technologie-Quelle eignet sich fuumlr jedes Verteilsystem Folgende Tabelle fasst die prinzipiellen Moumlglichkeiten zusammen
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN
13 Ausgenommen elektshyrische Nachheizung
17
-
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
18
14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
shyshy shy shy
shy
shy
shyshy
shy
shy
shy
Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
shy
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
22
20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
26
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
shy
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
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Pech A Poumlhn C Bednar T amp Streicher W (2012) Bauphysik Erweiterung 1 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Energieausweis ndash Gesamtenergieef-fizienz Springer Verlag
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
48
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
16
Dezentrales System
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN
Verteilung -bzw Bereitstellungs
technologie
Gas
Strom
Ja
Nein
Zentrale Versorgung
Ja
Nein13
Mischform Dezentrale
Versorgung
Ja (Durchlauferhitzer Kombitherme)
Ja
Solarthermie Ja Ja Nein
Waumlrmepumpe Quelle ErdeWasser
Luftwaumlrmepumpe
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja (Luumlftungs-Kombination)
Biomasse Ja Ja Nein
Fernwaumlrme Ja Ja Nein
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Vorteile verbrauchsnahe Waumlrmeerzeugung dh kurze Leitungslaumlngen und geringe Verteilverluste geringerer Wasserverbrauch durch rasches Erreichen der gewuumlnschten Temperatur bedarfsbezogene Warmwasserbereitung weniger Bereitschaftsverluste Entfall von Verteil- und Steigleitungen (reduziert Investitionskosten und Verteilverluste)
Nachteile bdquoSichtbarkeitldquo der Haustechnik in der Wohnung
Platzbedarf und damit verbundene Kosten (jeder Quadratmeter zaumlhlt im urbanen Geschoszligwohnbau)
beschraumlnkte Moumlglichkeit der Nutzung von erneuerbaren Energietraumlgern
Einsatz von hohen Leistungen pro Wohnung erforderlich (Teillastbetrieb eventuelle Beschraumlnkungen bei der Zulaumlssigkeit der Nutzung von Strom-Loumlsungen)
33 Uumlbersicht Verteilsysteme
Nicht jede Technologie-Quelle eignet sich fuumlr jedes Verteilsystem Folgende Tabelle fasst die prinzipiellen Moumlglichkeiten zusammen
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN
13 Ausgenommen elektshyrische Nachheizung
17
-
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
18
14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
shyshy shy shy
shy
shy
shyshy
shy
shy
shy
Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
shy
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
26
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
shy
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
Verteilung -bzw Bereitstellungs
technologie
Gas
Strom
Ja
Nein
Zentrale Versorgung
Ja
Nein13
Mischform Dezentrale
Versorgung
Ja (Durchlauferhitzer Kombitherme)
Ja
Solarthermie Ja Ja Nein
Waumlrmepumpe Quelle ErdeWasser
Luftwaumlrmepumpe
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja (Luumlftungs-Kombination)
Biomasse Ja Ja Nein
Fernwaumlrme Ja Ja Nein
KAPITEL 3Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
Technologieleitfaden Warmwasser
Vorteile verbrauchsnahe Waumlrmeerzeugung dh kurze Leitungslaumlngen und geringe Verteilverluste geringerer Wasserverbrauch durch rasches Erreichen der gewuumlnschten Temperatur bedarfsbezogene Warmwasserbereitung weniger Bereitschaftsverluste Entfall von Verteil- und Steigleitungen (reduziert Investitionskosten und Verteilverluste)
Nachteile bdquoSichtbarkeitldquo der Haustechnik in der Wohnung
Platzbedarf und damit verbundene Kosten (jeder Quadratmeter zaumlhlt im urbanen Geschoszligwohnbau)
beschraumlnkte Moumlglichkeit der Nutzung von erneuerbaren Energietraumlgern
Einsatz von hohen Leistungen pro Wohnung erforderlich (Teillastbetrieb eventuelle Beschraumlnkungen bei der Zulaumlssigkeit der Nutzung von Strom-Loumlsungen)
33 Uumlbersicht Verteilsysteme
Nicht jede Technologie-Quelle eignet sich fuumlr jedes Verteilsystem Folgende Tabelle fasst die prinzipiellen Moumlglichkeiten zusammen
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN
13 Ausgenommen elektshyrische Nachheizung
17
-
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
18
14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
shyshy shy shy
shy
shy
shyshy
shy
shy
shy
Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
shy
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
22
20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
26
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
shy
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
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46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
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- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
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- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
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- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
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- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
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- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
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- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
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- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
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- 5 Anhang
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- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
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- Notizen
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-
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KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
18
14 Entsprechend OumlNORM 8110-5 NutzerInnenshyprofile angenommen mit ca 127 kWhmsup2a
15 Bei groumlszligeren Wohneinshyheiten reduzieren sich die Gesamtverluste (Heiztechnikbedarf) in kWhmsup2 und Jahr von 4-Leiter-Systemen und erhoumlhen sich die Verluste von 2-Leiter-Systemen was vor allem auf geaumlnderte Verteilverluste zuruumlckzufuumlhren ist Allerdings bleiben die Werte weiterhin weit voneinander entfernt Bei 100 Wohnungen machen die Gesamtshyverluste auf Basis Gas-Brennwertkessel rund 130 der Nutzenergie aus bei 2-Leiter-Systemen rund 78
4 ANSATZPUNKTE ENERGIEEFFIZIENZ
41 Definition Energieeffizienz
Energieeffizienz wird allgemein definiert als das Verhaumlltnis von Energieoutput zu Energieinput oder Nutzen zu Aufwand Im Falle der Warmwasserbereitung geht es also um das Verhaumlltnis von
Warmwasserwaumlrmebedarf (Nutzenergie)14 zu saumlmtlichen Energiestroumlmen zur Warmwasserbereitung definiert durch den
Heizenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Aufwand)
Erneuerbare Energie zB Solarthermie wird als Nutzen ohne gegenuumlbergestellten Aufwand in die Berechnung einbezogen
Geht man von einem konstanten Warmwasserwaumlrmebedarf aus so kann die Effizienz verschieshydenster Systeme durch die Analyse saumlmtlicher Verluststroumlme (Bereitstellungs- Speicher- Verteilungs- und Abgabeverluste) auch definiert als Heiztechnikenergiebedarf evaluiert werden Zusaumltzlich stellt noch der Hilfsenergiebedarf zur Warmwasserbereitung (Energievershybrauch der Pumpen zB bei Zirkulation etc) einen Aufwand dar
Folgende Grafik zeigt den Energiefluss der Warmwasserbereitung
2-Leiter System
4-Leiter System
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 250
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 150 bzw 19 kWhm2a
ca 114 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 8 Speichershyverluste
ca 13 Bereitstellungsshy
verluste
ca 10 Hilfsenergieshy
bedarf
HEIZENERGIEshyBEDARF fuumlr
Warmwasser ca 166
NUTZEN Warmwassershywaumlrmebedarf ca 100 bzw 127 kWhm2a
AUFWAND (VERLUSTE) Heiztechnikshyenergiebedarf ca 66 bzw 84 kWhm2a
ca 40 Verteilungsshy
verluste
ca 5 Abgabeshyverluste
ca 7 Speichershyverluste
ca 11 Bereitstellungsshy
verluste
ca 3 Hilfsenergieshy
bedarf
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr 2-Leiter- (oben) und 4-Leiter- (unten) System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN15
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
shyshy shy shy
shy
shy
shyshy
shy
shy
shy
Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
shy
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
22
20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
26
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
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30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
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Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
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34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
shy
shy
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
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Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
Beschreibung Moumlglichkeiten zur
Effizienzsteigerung Erzielbare Effekte
Warmwasser waumlrmebedarf
Nachgefragte Nutzenergie abhaumlngig vom NutzerInnenshyverhalten
bull weniger Warmwasser verbrauchen
bull Sparregler einsetzen Abwaumlrme nutzen
Reduktion der Warmwassermenge auf bis zu einem Drittel Waumlrmeruumlckgewinnung Ener
gieeinsparungen bis 20
Verteilverluste Waumlrmeverluste uumlber die Rohrleishytungen
bull Reduktion Rohrlaumlngen
bull Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur (nur 2-Leiter)
bull Rohr-an-Rohr bzw Rohr-in-Rohr
bull Rohrlaumlngen um je 1 m16 reduziert Leitungsverluste
um 2 ndash25 bull Vorlauftemperatur
um 1 degC senken Reduktion Verluste um 4
bull Rohr-in-Rohr Reduktion Waumlrmeverluste bis zu 30
Bereitstellungs verluste
Verluste bei der Bereitstellung abhaumlngig von der eingesetzten Techshynologie und vom Jahresnutzungsgrad17
Auswahl von hocheffizienten Technoloshygien und optimierte Dimensionierung und Regelung
Summe der Verluste ist zB bei Heizwertgeraumlten
um 25 (4-Leiter) ndash 40 (2-Leiter) houmlher als bei Brennwertgeraumlten
Speicherverluste Waumlrmeverluste uumlber Speicher
Erhoumlhung der Daumlmshymung Reduktion der Speichertemperatur (falls moumlglich)
5 cm mehr Daumlmmung reduzieren Waumlrmeverluste um 13
Abgabeverluste
Verluste durch unshygenutztes Wasser beim Mischen von Kalt-Warmwasser
Thermostatmischer Verluste waumlhrend der Einstellzeit auf die Haumllfte zu reduzieren
Hilfsenergieshy bedarf
zB Pumpenergie um Wasser durch das System zu befoumlrdern
bull hydraulischer Abgleich
bull hocheffiziente Pumpen
Einsparung elektrischer Energie bis zu 80
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Ansatzpunkte zur Energieeffizienzsteigerung durch Reduktion von Verlusten sowie durch Optimierung der Komponenten ergeben sich entlang der gesamten Bereitstellungskette
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shy
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Speicher- und Beshyreitstellungsverluste in kWhmsup2a sinken mit der Anzahl der Wohnungen da die Verluste rechnerisch auf mehr Einheiten verteilt werden koumlnnen Der Effekt ist bei 4-Leiter-Systemen etwas staumlrker ausgeshypraumlgt Abgabeverluste werden als proportioshynal zur Anzahl der Wohshynungen angesehen
16 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
17 Der Nutzungsgrad beschreibt den Anteil der im Energietraumlger gespeicherten Energie der auch tatsaumlchlich in einer kompletten Heizperiode genutzt wird Wirkungsgrad des Kessels gemessen im optimalen Betriebsshypunkt Nutzungsgrad abgegebene Waumlrme-
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN energie im Verhaumlltnis zur aufgenommenen Energie betrachtet uumlber einen bestimmshyten Zeitraum
19
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
shy
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
22
20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
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Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
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Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
Abgesehen von Anforderungen an Komfort und Hygiene sind Maszlignahmen zur Effizienzsteigerung bei der Warmwasserbereitstellung durch folgenden Zusammenhang enge Grenzen gesetzt
Q = m times cp times (TV TR)
Q Waumlrmeenergie [J]
m Massenstrom [kgs]
cp spezifische Waumlrmekapazitaumlt [JkgK]
TV Vorlauftemperatur [K]
TR Ruumlcklauftemperatur [K]
Vereinfacht gesagt kann bei der Warmwasserbereitung nur dann Energie bdquogespartldquo werden wenn
weniger Warmwasser verbraucht wird (Massenstrom bzw Bedarf sinkt) das Warmwasser weniger heiszlig aufgeheizt werden muss (Vorlauftemperatur sinkt)
Da auch saumlmtliche Waumlrmeverluste von der Bereitstellung bis zum Verbraucher maszliggeblich von der Temperatur (genauer der Temperaturdifferenz zwischen dem Warmwasser und der Umgebungstemperatur) abhaumlngig sind kommt auch hier dem Warmwassertemperaturniveau eine maszliggebliche Rolle zu
Jede verallgemeinernde Aussage zum Thema Energieeffizienz bei der Warmwasserbereitung ist insofern mit Vorsicht zu genieszligen als dass bei jedem System sehr viele Komponenten gut zusammenspielen muumlssen um eine hohe Effizienz zu erzielen Insgesamt ist auf die enge Verzahnung zwischen Heizung und Warmwasserbereitung ebenso hinzuweisen wie auf die Optimierung verschiedener Systemkomponenten (Bereitstellung Verteilung Nutzung) sowohl in der Planung als auch im laufenden Betrieb
TIPP-BOX
1 kWh Nutzenergie bedingen 16 ndash 25 kWh Heizenergiebedarf
Verteilungsverluste und Bereitstellungsverluste machen den groumlszligten Anteil aus
Einsatz von erneuerbarer Energie reduziert den Heizenergiebedarf maszliggeblich
Optimierung der Warmwasserbereitung immer mit Beruumlcksichtigung der Einfluumlsse auf das Heizungssystem
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
20
shy
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
26
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
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Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo18
Bei der Neuplanungumfassenden Sanierung von Warmwasserbereitstellungssystemen geht es ndash auf Basis der Vielzahl bestehender Technologien ndash vor allem um die Frage des Systemde-signs zur energetischen Optimierung von Warmwassersystemen
Folgende Systeme stehen zur Auswahl
zentrale Loumlsung Warmwasser und Heizung getrennt ndash 4-Leiter-System Mischform 2-Leiter-System und Wohnungsstationen dezentrale Versorgung
421 Zentrale Versorgung (4-Leiter-System) Sollen erneuerbare Energien verwendet werden so sind generell nur zentrale Loumlsungen mit einem Energiespeicher (Pufferspeicher) moumlglich Ausnahme bilden hier Luumlftungswaumlrmepumpen bei Passivhaumlusern sowie die Einbindung von Photovoltaik Durch den Einsatz einer Solaranlage kann der Heizenergiebedarf fuumlr Warmwasser bei 2-Leiter-Systemen durchschnittlich um ca 70 und bei 4-Leiter-Systemen um ca 50 19 reduziert werden
4-Leiter-Systeme sind energetisch gesehen immer schlechter als 2-Leiter-Systeme mit jeweils gleicher Energiequelle Warmwasserverteilungsverluste machen bei 4-Leiter-Systemen rund die Haumllfte des gesamten Heizenergiebedarfes aus Aus der Analyse der jeweiligen Verteilungsver-luste geht hervor dass die systembedingten Zirkulationsverluste bei 4-Leiter-Systemen stark dominieren und ca 60 der Warmwasserverteilungsverluste ausmachen Verteilungsverluste sinken bei 4-Leiter-Systemen mit zunehmender Wohnungsanzahl jedoch nie unter den Wert der Verteilungsverluste von 2-Leiter-Systemen Eine moumlgliche Erklaumlrung dafuumlr waumlre die mit Anzahl der Wohnungen verbesserte kompaktere Bauweise und den somit relativ gesehen kuumlrzeren Verteilleitungen
422 Mischform (2-Leiter-System) Das 2-Leiter-System mit gebaumludezentraler Waumlrmeuumlbergabestation weist von allen zentralen Varianten den geringsten Heizenergiebedarf auf
423 Dezentrale Versorgung Die dezentrale Warmwasserbereitung hat den geringsten Heizenergiebedarf aller betrachteten Systeme Zuruumlckzufuumlhren ist dies auf den Wegfall von Verteilverlusten aus Steig- und Verteillei-tungen sowie auf die Platzierung der Gas-Brennwertgeraumlte im beheizten Raum
424 Gesamtsystem Heizung und Warmwasser Bei 4-Leiter-Systemen fuumlhrt die Trennung von Heizung und Warmwasserbereitung zu verbes-serten Ergebnissen da jedes System optimiert betrieben werden kann
Betrachtet man das Gesamtsystem Heizung und Warmwasserbereitung so kann es vor allem bei gut gedaumlmmten Haumlusern und Niedertemperaturheizungen durchaus Sinn machen nicht auf die volle Temperatur (ca 60 bis 65 degC) mit der zentralen Anlage aufzuheizen sondern eine elektrische Nachheizung vorzusehen Diese Loumlsung ist vor allem auch bei Waumlrmepumpen-Anwendungen mit nachgeschaltetem Trinkwasserbereitschaftsspeicher empfehlenswert
18 Aussagen basieren auf ALLPLAN-Berechnun-gen (GEQ-Programm) auf Basis der Model-lierung von fiktiven Wohnhausanlagen mit 8 20 bzw 100 Woh-nungen Referenzsze-nario 20 Wohnungen Brennwerttechnologie
19 Die houmlheren prozen-tuellen Einsparungen von 2-Leitersystemen resultieren aus den tieferen Ruumlcklauftem-peraturen aus dem Verteilernetz
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
21
Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
22
20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
26
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
shy
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
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46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
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- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
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- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
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- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
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- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
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- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
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- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
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- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
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- 5 Anhang
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- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
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- Notizen
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Voraussetzung Dezentrale
Versorgung Mischform
Zentrale Versorgung
Solarthermie
Fernwaumlrme
Waumlrmepumpe Grundshy wasserErdwaumlrme
Gas
Biomasse
weit verzweigte Zapfstellen
Niedrigenergiehaus
nicht moumlglich empfehlenswert moumlglich
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
22
20 Barwert saumlmtlicher laufender Kosten uumlber die Nutzungsdauer von 20 Jahren und Investitionskosten (Investitionskosten am Beispiel von Gas-Brennwertkesseln) Zinssatz 5 Preissteishygerung 3 Berechshynung entsprechend OumlNORM M 7140
21 Verbrauchsgebundene Kosten (Energiekoshysten) und betriebsshygebundene Kosten (WartungInstandshyhaltung)
425 Empfehlungen 4-Leiter-Systeme (zentrale Versorgung) sind aus energetischer Sicht gegenuumlber 2-Leiter-Systemen (Mischform) nur dann zu bevorzugen wenn die Einsparungen durch die Trennung der Warmwasser- und Heizungsversorgung houmlher sind als die Nachteile der houmlheren Verteilverluste Ausnahmen zu dieser Aussage stellen optimierte 2-Leiter-Systeme dar welche mit niedrigen Vorlauftemperaturen dezentralen Speichern oder mit elektrischer Nachheizung arbeiten und somit einen optimierten Heizungsbetrieb ermoumlglichen Folgende Darstellung zeigt welche Systemdesigns unter gegebenen SystemvoraussetzungenTechnologien empfehlenswert sind
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN
426 Wirtschaftliche Betrachtung Aus wirtschaftlicher Sicht koumlnnen auszligerdem folgende Schluumlsse gezogen werden
Investitionskosten liegen fuumlr dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme in aumlhnlicher Houmlhe 4-Leiter-Systeme sind am guumlnstigsten Bei groszligen Wohnhausanlagen (100 Wohshynungen) sind 2-Leiter-Systeme guumlnstiger als dezentrale Loumlsungen
Laufende Kosten Am guumlnstigsten ist die dezentrale Variante (jeweils ohne Nutzung von Solarthermie) dann folgen 2-Leiter-Systeme dann 4-Leiter-Systeme (Grund sind die hohen Leitungsverluste)
Gesamtkosten20 Bei Preissteigerungen der laufenden Kosten21 von 3 sind dezentrale Varianten am guumlnstigsten 2-Leiter-Systeme und 4-Leiter-Systeme liegen in aumlhnlichen Groumlszligenordnungen Bei Preissteigerungen ab 4 werden 2-Leiter-Systeme attraktiver als 4-Leiter Systeme
Je houmlher die Verzinsung angenommen wird umso schlechter stehen dezentrale Loumlsunshygen und 4-Leiter-Systeme da (Grund hohe Investitionskosten zu Beginn)
Die zusaumltzlichen Kosten von Wohnungsstationen (rd 1200 EURStk) uumlbersteigen geshygenwaumlrtig noch die Einsparungen durch geringere Verteilverluste von 2-Leiter-Systemen gegenuumlber 4-Leiter-Systemen Ab einer Reduktion der Kosten von Wohnungsstationen in der Groumlszligenordnung von rund 10 werden 2-Leiter-Systeme finanziell attraktiver als 4-Leiter-Systeme
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
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Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
Reduktion der Verteilverluste [] -2-Leiter System -4-Leiter System
Reduktion der Leitungslaumlnge um jeweils 1 m26 2 25
Senken der Vorlauftemperatur um 1degC 4 27 nicht moumlglich
(OumlNORM B 5019)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
Schwerpunkte zur Verbesserung der Energieeffizienz innerhalb eines gewaumlhlten Systems sollten entsprechend der Groumlszligenordnung der Verluste gewaumlhlt werden dh
Waumlrmeverteilung (bei zentralen Systemen) Waumlrmebereitstellung (bei allen Systemen vor allem bei zentralen Systemen) Speicher und Hilfsenergie
431 Ansatzpunkte Leitungsnetze Die Verluste der Waumlrmeverteilung zur Warmwasserbereitung machen bei zentralen Loumlsungen den bdquoLoumlwenanteilldquo aus und liegen in der Groumlszligenordnung von 50 ndash 85 saumlmtlicher Verluste22
Prinzipiell sind Einsparungen23 durch folgende Maszlignahmen moumlglich
Reduktion der Leitungslaumlnge Senken der Vorlauftemperatur (bei 2-Leiter-Systemen) Erhoumlhung der Daumlmmstaumlrke24 optimierte Leitungsfuumlhrung und Positionierung
Folgende Tabelle zeigt die erzielbaren Einsparpotenziale fuumlr ein mittelgroszliges25 entsprechend der OIB Richtlinie 6 gedaumlmmtes Wohngebaumlude
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN
Im Vergleich zu einem 2-Leiter-System sind die Verteilverluste bei 4-Leiter-Systemen bedingt durch die zusaumltzlichen Zirkulationsleitungen rund 25-mal so hoch Verluste vom Heizungsvorshyund Ruumlcklauf sind hier noch nicht eingerechnet Temperaturabsenkungen sind nur bei 2-Leiter-Systemen prinzipiell moumlglich Systemtemperaturen und Leitungslaumlngen sollten bereits in der Planungsphase optimiert werden da nachtraumlgliche Aumlnderungen kaum moumlglich sind
Eine weitere Moumlglichkeit zur Reduzierung der Leitungsverluste stellt eine uumlber die OumlNORM H 5155 empfohlenen Daumlmmstaumlrken hinausgehende Daumlmmung der Rohrleitungen dar Diese Anforderungen sind in TABELLE 8 ersichtlich
22 Je nach eingesetzshyter Technologie und Verteilsystem am niedrigsten bei 2-Leiter-Systemen und Heizwerttechshynologie
23 Berechnungen Simuliert mit GEQ Energieausweis-Software Version 2015 Zehentmayer Software GmbH
24 Einschraumlnkung durch die OumlNORM B 5019 fuumlr jene Teile von Verteilsystemen die keine Zirkulation und keine elektrischen Begleitheizungen aufweisen (geringe praktische Relevanz fuumlr Mehrfamilienhaumluser) diese sind ohne Waumlrshymedaumlmmung auszushyfuumlhren ANMERKUNG Diese Maszlignahme dient dazu dass zu Zeiten in denen keine Entnahme stattfindet die Tempeshyratur moumlglichst rasch absinkt Dadurch wird die Vermehrung von Bakterien (zB Legioshynellen) verlangsamt
25 Berechnung ALLPLAN fuumlr 20 Wohneinheiten
26 Pro Leitungsart (Vershyteil- Steig- Stich- Zirkulationsleitung)
27 Berechnet auf Basis der Mitteltemperatur (OumlNORM H 5155)
23
DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
24
Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
26
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
shy
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
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46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
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- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
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- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
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- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
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- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
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- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
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- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
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- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
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- 5 Anhang
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- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
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- Notizen
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DN OD
15 le 20 25 32 40 50 65 80 100 125 gt 125 Lage der Leitung
Mindestdaumlmmdicken d
mm
Technikraum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
unbeheizter Raum 20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizter Raum 10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
Installationsschacht Installationsgang grenzt uumlberwiegend an unshy
20 25 30 40 45 55 70 85 100 125 135
beheizte Bereiche
Zwischendecke Doppelboshyden Installationsschacht grenzt uumlberwiegend an
10 15 15 20 25 30 35 40 50 65 70
unbeheizte Bereiche
Unterputz Fuszligboden in unbeheizten Raumlumen
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Unterputz Fuszligboden in beheizten Raumlumen
5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10
Im Erdreich 50 50 50 50 50 50 50 55 65 65 75
auszligerhalb des Gebaumludes 50 50 50 50 55 65 80 90 110 135 145
thinsp
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Anmerkung Warmwasserleitungen die keine Zirkulation oder Begleitheizung aufweisen und in den Anwendungsbereich der OumlNORM B 5019 fallen sind ohne Waumlrmedaumlmmung auszufuumlhren
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen bei einer Waumlrmeleitfaumlhigkeit von 0047thinspW(mthinsp∙thinspK) Quelle OumlNORM H 5155
Eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke28 um 1 cm fuumlhrt zu einer Reduktion der Rohrverluste um 15 Eine Verdoppelung der Daumlmmdicke wuumlrde eine Reduktion der Waumlrmeverluste auf die Haumllfte bewirken Somit ist eine Erhoumlhung der Daumlmmdicke unter Beruumlcksichtigung von baulichen und wirtschaftlichen Einschraumlnkungen jedenfalls zu empfehlen
TIPP-BOX
Daumlmmung der Verteilleitungen uumlber die Mindestdicke der OumlNORM H 5155 hinaus vorsehen
bereits in der Planung optimierte Leitungslaumlngen beruumlcksichtigen ndash va bei 4-Leiter-Systemen (Reduktion Rohrlaumlnge um 1 ergibt eine Reduktion der Leitungsverluste um 2 )
Reduktion der Leitungsverluste um rund 4 bei Reduktion der Temperatur in den Verteilleitungen um 1degC (2-Leiter-Systeme)
28 Berechnet fuumlr ein Kunststoffrohr mit DN 65 Laumlnge von 100 m
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
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45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
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Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Planung der Warmwasserverteilung
Bei dem gegenstaumlndlichen Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus mit gehobener Ausstattung
Die Steigstraumlnge wurden ausschlieszliglich in den Gangbereichen situiert wodurch sich relativ lange Leitungslaumlngen zwischen dem Strang und letzten Entnahme-Armaturen in den Wohnungen ergeben
Wuumlrde das Trinkwasser nur in den Steigstraumlngen zirkulieren wuumlrde dadurch in manchen Bereichen die gemaumlszlig OumlNORM B 5019 zulaumlssige Anschlusslaumlnge zwischen Zirkulationsleitung und Entnahme-Armatur von 6 Metern uumlberschritten werden und es wuumlrden sich etwas laumlngere Wartezeiten bei der Warmwas-serentnahme ergeben
Daher wurde die Zirkulationsleitung nicht nur im Steigstrang verlegt sondern in jeder Wohnung bis zur letzten Armatur gefuumlhrt Dadurch erhoumlhen sich die Zirkulationswege um ein Vielfaches was wiederum zu einem deutlichen Anstieg der Verluste fuumlhrt
Abhilfe kann nur durch eine gut uumlberlegte Planung der Leitungsfuumlhrung erfolgen Die Steigstraumlnge sollten so situiert werden dass die Abstaumlnde zu den Zapfstellen moumlglichst gering gehalten werden und so eine Zirkulation innerhalb der Wohnungen vermieden werden kann (Quelle MA 25 2015)
432 Hydraulischer Abgleich und Hilfsenergie Bei der Verteilung von Warmwasser in einem weit verzweigten Verteilernetz nimmt Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes Jene Zapfstellen die der (Zirkulations-)Pumpe am naumlchsten sind werden dadurch uumlberversorgt entlegene Zapfstellen sind tendenziell un-terversorgt Bei Verteilernetzen bei denen kein hydraulischer Abgleich durchgefuumlhrt wurde29 koumlnnen dadurch neben Komforteinbuszligen auch houmlhere Waumlrmeverluste aufgrund zu hoher Volumenstroumlme in den Zirkulationsleitungen und Verteilerkreisen auftreten
Ein hydraulischer Abgleich der Zirkulationsleitungen und der einzelnen Straumlnge erfolgt daher idealerweise uumlber thermostatische Regulierventile die die gesamte Warmwasseranlage und alle Leitungsteile praumlzise uumlber den Differenzdruck gegeneinander abgleichen und so eine be-darfsorientierte Durchstroumlmung in den Verteilerkreisen gewaumlhrleisten
Bei Fernwaumlrmeuumlbergabestationen mit Zwischenkreis30 sollte auch dieser Kreis hydraulisch abgeglichen werden um eine optimales Ergebnis zu erzielen
Ebenso wichtig wie der hydraulischer Abgleich bei der Warmwasserverteilung ist die richtige Einstellung der Heizungswassermengen fuumlr 2- bzw 4-Leiter-Systeme dh eine hydraulische Einregulierung der Heizungswasserverteilung Zusaumltzlich sollte bei allen Systemen im Durch-laufprinzip auf die sogenannte thermische Laumlnge31 des Waumlrmeuumlbertragers geachtet werden Mit houmlheren thermischen Laumlngen im Waumlrmeuumlbertrager kann heizungsseitig ndash bei gleicher uumlbertragener Leistung ndash die Spreizung erhoumlht und die Wassermenge gesenkt werden
Im Zuge einer hydraulischen Einregulierung sollten auch veraltete Heizungs- bzw Zirkulations-pumpen durch Hocheffizienzpumpen ersetzt werden Dadurch kann bis zu 80 der elektrischen Energie eingespart werden (Oberoumlsterreichischer Energiesparverband 2014) Die Effizienz von Pumpen wird dabei im sogenannten Energie-Effizienz-Index (EEI) dargestellt wobei neue ex-terne Nasslaumlufer-Umwaumllzpumpen derzeit nur mehr Werte ab 027 (ab 182015 023) aufweisen duumlrfen Unter wwwpumpentestat kann eine erste Einschaumltzung der erzielbaren Einsparungen durch Hocheffizienzpumpen fuumlr konkrete Anlagen ermittelt werden
29 Verfahren das die Durchflussmenge des Warmwassers inner-halb des Verteilnetzes optimiert
30 Zusaumltzliche hydrauli-sche Systemtrennung des Waumlrmeversor-gungsunternehmens (zB Fernwaumlrme) vom Trinkwasser
31 Laumlnge des Weges die der Waumlrmetraumlger (Wasser) im Waumlrme-uumlbertrager zuruumlcklegt und dabei Waumlrme aufnimmt bzw abgibt Zur Erhoumlhung der thermischen Laumlnge bzw der Waumlrmeuumlber-tragungsfaumlhigkeit koumlnnen mehrere Durchgaumlnge seriell geschalten werden Die Serienschaltung ermoumlglicht auch bei kleinen Volumenstrouml-men auch mit kleinen Baugroumlszligen sehr hohe Waumlrmeuumlbertragungs-werte
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
25
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
26
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
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Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
48
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
Folgende Vorteile ergeben sich durch einen hydraulischen Abgleich
geringere Zirkulationsvolumenstroumlme im Verteilernetz reduzierte Waumlrmeverluste der Verteilleitungen
reduzierte Pumpenenergie fuumlr die Umwaumllzung von Warmwasser Senkung des Hilfsenergiebedarfs (elektrische Energie)
in jedem Strang das gewuumlnschte Temperaturniveau Einhaltung der maximal zulaumlssigen Temperaturspreizung in der Zirkulationsleitung
TIPP-BOX
Ein hydraulischer Abgleich ist Grundvoraussetzung fuumlr eine effiziente Warmwasserverteilung Dieser wird bei der Inbetriebnahme von zentralen Trinkwassererwaumlrmungsanlagen oft vernachlaumlssigt und sollte vom zustaumlndigen Installationsunternehmen immer eingefordert werden
Hydraulischer Abgleich reduziert zu transportierende Warmwassermengen weniger Verteil-verluste weniger Pumpenenergie
Einsatz von Hocheffizienzpumpen reduziert den Hilfsenergiebedarf (Energie-Effizienz-Index)
433 Innovative Loumlsungen Bereits in der Praxis umgesetzte innovative Loumlsungen gibt es im Bereich der massiven Re-duktion der Heizungsvorlauftemperatur sowie in einem weiteren Ansatz zur Reduktion der Verteilverluste
4331 Wohnungsstationen ndash Systeme mit niedriger Heizungsvorlauftemperatur Maszliggebliche Erhoumlhungen der Energieeffizienz der Warmwasserverteilung werden am Markt bereits durch niedrige Vorlauftemperatur und folgende Fakten erzielt
Temperatur im Verteilungssystem 45 degC kein Trinkwasser in der Verteilung Abschaltung auszligerhalb der Betriebszeiten moumlglich maximal 3 l Wasserinhalt zwischen Station und Entnahme unterliegt nicht der OumlNORM B 501932 Ruumlcklauftemperatur 22 degC Waumlrmepumpen Solaranlagen Fernwaumlrme Brennwertgeraumlte effizient einsetzbar
4332 Alternative Rohrsysteme fuumlr Zirkulationsleitungen Bei Zirkulationsleitungen kommen haumlufig Parallelrohrsysteme in Form von 4-Leiter-Systemen mit getrennter Warmwasserleitung und Zirkulationsleitung zum Einsatz Nachteile dieser Louml-sung sind die groszligen Leitungslaumlngen und die damit verbundenen Kosten sowie die erhoumlhten thermischen Verluste durch groszlige Rohroberflaumlchen im System Die damit verbundenen hohen energetischen Verluste und Kosten haben neue Loumlsungen wie Rohr-an-Rohr- oder Rohr-in-Rohr-Systeme hervorgebracht welche bei Neuplanungen in Betracht gezogen werden sollten
4333 Rohr-an-Rohr-System Warmwasserverteilleitung und Zirkulationsleitung in einer gemeinsamen Daumlmmung Vorteil Reduktion des Platzbedarfs der Installation und der Herstellungskosten geringere Waumlrmeverluste als bei einer getrennten Verlegung mit doppelter Daumlmmstaumlrke Reduktion Waumlrmeverluste im Vergleich zu einer getrennten Verlegung um 24
bis 18 33
32 Probleme mit Legionellen treten in der Praxis ggf in der Kaltwasserleitung auf welche durch den Vorlauf erwaumlrmt wird wichtig ist daher auf eine geeignete Leitungsfuumlhrung zu achten
33 Je nach Gebaumludetyp und Zapfprofil (Brillinger Fritzsch amp Hussl 2009)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
26
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
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Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Rohr an-Rohr System
Waumlrmedaumlmmung
Zirkulationsleitung Warmwasserverteilung
Luftraum
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN
4334 Rohr-in-Rohr-System (Inlinersysteme) Doppelmantelrohrsysteme sind Sonderbauformen
Zirkulationswasser im inneren Rohr Warmwasser im Mantelrohr im Gegenstromprinzip
Vorteil Halbierung der vertikalen Verteilleitungen sowie der Steigstraumlnge Verminderung der Waumlrmeverluste gegenuumlber herkoumlmmlichen Zirkulationsleitungen
in der Groumlszligenordnung von 20 ndash 30 (Wolff amp von Krosigk 2012) Nachteil Groumlszligerer Querschnitt des Rohres ndash und Erhoumlhung der Daumlmmung erforderlich
Abb 9 Rohr-in-Rohr-System Quelle Fa VIEGA
27
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
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Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
4335 Dezentrale Warmwasserspeicher (zB Enerboxx-System34) Anstelle von speicherlosen Wohnungsstationen werden auch Konzepte mit zentraler Waumlrme-bereitstellung und dezentraler Warmwasserspeicherung teilweise auch als Kompaktsystem angeboten Folgende Vorteile ergeben sich
houmlhere Temperatur beschraumlnkt auf Ladezeiten des Speichers auszligerhalb dieser Zeit Betrieb auf niedrigerer Temperatur (abgestimmt auf Heizkreis)
geringere Verteilverluste durch Positionierung bei den VerbraucherInnen periodische Erhitzung moumlglich groszlige Schuumlttleistungen aus dem Speicher kein zusaumltzlicher Platzbedarf bei Wandverbau
TIPP-BOX
Bei 2-Leiter-Systemen Moumlglichkeiten zur Reduktion der Vorlauftemperatur beruumlcksichtigen
Bereits in der Planung von 4-Leiter-Systemen die Moumlglichkeiten fuumlr den Einsatz von Rohr-an-Rohr- bzw Rohr-in-Rohr-Systemen analysieren
Als Option den Einsatz von dezentralen Warmwasserspeichern uumlberpruumlfen
44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
Speicher dienen als Schnittstelle zwischen einer optimierten WaumlrmeWarmwasserbereitstellung und unregelmaumlszligiger Warmwasser-Abnahme Neben der Minimierung der Speicherverluste kommt somit auch der Auswahl und Dimensionierung von Speichern fuumlr eine energieeffiziente Warmwasserbereitung eine zentrale Rolle zu
441 Arten von Speichern Die grundlegende Unterteilung von Speicherarten erfolgt in Energie- und Trinkwasserspeicher Energiespeicher dienen dabei der reinen Energiespeicherung fuumlr das Heizungssystem oder zur Erwaumlrmung des Trinkwassers Im Gegensatz zu Energiespeichern dienen Trinkwasserspei-cher der Bereithaltung von warmem Wasser welches fuumlr den taumlglichen Gebrauch (Trink- und Sanitaumlrwasser) bestimmt ist Aufgrund von erhoumlhten Hygieneanforderungen von Trinkwas-serspeichern ist aus energetischer Sicht eine Verwendung von einem groumlszligeren Energiespei-cher und einem kleineren Trinkwasserspeicher zu empfehlen Dies hat den Vorteil dass nur der kleinere Speicher die Temperaturanforderungen gemaumlszlig der Legionellen-Norm einhalten muss Energetisch betrachtet sind vor allem die Art und Dicke der Speicherdaumlmmung sowie die Temperaturdifferenz zwischen Speicher und Umgebungstemperatur ausschlaggebend fuumlr die Houmlhe der Verluste
Trinkwasserspeicher enthaumllt direkt das Trinkwasser houmlhere hygienische Anforderungen hohes Korrosionspotenzial (Innenverkleidung Emaille oder Edelstahl) eher klein zu halten (halber Tagesbedarf) houmlhere spezifische Kosten (euromsup3) als Energiespeicher nicht erforderlich bei 2-Leiter-Systemen und Wohnungsstation
34 Patentiertes System mit 2-Leiter-System und wandverbauten dezentralen Warm-wasserspeichern mit integrierter Ener-gieverteilung in den Wohnungen
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
28
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
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Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
48
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Trinkwasserspeicher
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015
Energiespeicher (Pufferspeicher) groszligvolumig (ab Speichergroumlszligen von mehr als 500 l) ausgefuumlhrt andere Waumlrmetraumlger als Wasser moumlglich (Wasser-Glykol aufbereitetes Wasser) besser gedaumlmmt als Trinkwasserspeicher
Schi
chtt
renn
palt
te
Schi
chtl
adel
anze
Speicher mit herkoumlmmlicher Beladung
Speicher mit Schichtladelanze
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze (links) und herkoumlmmlicher Beladung (rechts) in Anlehnung an S olarfocus GmbH 2015
29
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
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Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
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Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
48
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
-Tank-in-Tank Speicher
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank-Speichers Jenni Energietechnik AG 2015
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Welshy lenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015
Schichtladespeicher (Sonderbauform) + Speicher bei denen die natuumlrliche Temperaturschichtung optimiert genutzt wird + weniger haumlufige Aufheizung erforderlich (optimierte Waumlrmebereitstellung) + optimierte Einbindung verschiedener Energiequellen moumlglich + niedrige Ruumlcklauftemperaturen fuumlhren zu besserer Effizienz von Waumlrmepumpen
und Brennwertkesseln bessere Nutzung von Solarenergie
Kombispeicher (Sonderbauform) + Energiespeicher und Trinkwassererwaumlrmer in einem + geringer Platzbedarf geringere Investitionskosten als getrennte Speicher - Nachteil bei Defekt muss gesamtes System getauscht werden - Bereich fuumlr Warmwasser muss staumlndig ein entsprechendes
Temperaturniveau bereitstellen - eher unuumlblich im Wohnbau
Tank-in-Tank-Speicher (Sonderbauform) + Zwei Behaumllter in einem + Oberflaumlche im Vergleich zu Volumen reduziert geringere Verluste - bei Defekt gesamter Speicher zu tauschen + geringer Platzbedarf - houmlhere Investitionskosten als Kombi-Speicher
442 Waumlrmeverluste von Speichern Speicherverluste machen bei zentralen Loumlsungen rund 7 ndash 14 saumlmtlicher Verluste aus und sind fuumlr 1 ndash 7 des Heizenergiebedarfes der Waumlrmebereitstellung verantwortlich Bei Wohnshyhausanlagen mit 20 Wohneinheiten betragen Speicherverluste ca rund 1000 kWha (Quelle Berechnungen ALLPLAN)
Kombispeicher
Schicht- ladelanze
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
48
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Die Speicherverluste sind abhaumlngig von der
Speicheroberflaumlche vom Waumlrmedurchgangskoeffizienten der Daumlmmung sowie vom Temperaturunterschied zwischen dem Speicherinhalt und dem Aufstellungsort
Entsprechend der OumlNORM H 5155 muss ein Speicher eine Mindestdaumlmmung von 100 mm35 aufweisen (OumlNORM H 5155 2013)
Abb 14 Volumenbezogener spezifischer Waumlrmeverlust Us des Speichers Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155
Uumlber die Norm hinausgehende Daumlmmstaumlrken fuumlhren zu folgenden Effekten (Quelle Berechnung ALLPLAN)
Vor allem im Bereich von Daumlmmstaumlrken bis 20 cm koumlnnen mit zusaumltzlicher Daumlmmung groszlige Verbesserungen erzielt werden
Die Erhoumlhung der Daumlmmung36 um 5 cm reduziert bei einem Speichervolumen von 1000 l die Waumlrmeverluste um rund 1337
Durch eine Verdoppelung der Daumlmmdicke (zB von 10 auf 20 cm) koumlnnten die Verluste nahezu halbiert werden Bei der Wahl der Daumlmmstaumlrke sind jedoch neben energetischen Faktoren auch der Platzbedarf und die Kosten des Daumlmmmaterials zu beruumlcksichtigen
Eine Reduktion der Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und der Temperatur im Speishycher um ein Grad reduziert die Verluste hingegen um rund 2 ndash 3 Dh bei einer Reduktion der Temperatur im Speicher um 5 degC reduzieren sich die Waumlrmeverluste des Speichers um 10 ndash15
TIPP-BOX
Daumlmmstaumlrken erhoumlhen
Schichtenspeicher verwenden (va bei Solarthermie-Nutzung)
bei Systemen mit getrennter Bereitstellung von Warmwasser und Heizung Kombination von Energiespeicher und kleinem Trinkwasserspeicher vorsehen
Temperaturdifferenz zwischen Aufstellungsort und Speicher reduzieren
35 Bei einer Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit von 0047 W (mK) bezogen auf eine Mitteltemperatur von 50deg und einem aumluszligeren Waumlrmeuumlbershygangskoeffizienten von 9 W(msup2K)
36 Mit einer Waumlrmeshyleitfaumlhigkeit von 0047 Wmsup2K
37 Aus Abbildung 14 folgt US (10 cm) 283 W msup3K US (15 cm) 192 Wmsup3K Reduktion der Waumlrmeshyverluste = (1-US10 US15)100 = 3215
31 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 Liter 500 Liter 2000 Liter 1500 Liter
Us in W(m3K)
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 40 cm
1000 Liter 1500 Liter
Speichervolumen V in Litern
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
48
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
Durchflussklasse Durchflussmenge [lmin]
Z 75 ndash 90
A 135 ndash 150
S 180 ndash 198
B 228 ndash 252
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
32
45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
451 Wasser sparen Wenn man bedenkt dass nur ein Teil der eingesetzten Energie (bei zentralen Loumlsungen) auch tatsaumlchlich bei den VerbraucherInnen in Form von Warmwasser ankommt (der Rest sind Vershyluste) sieht man dass den EndverbraucherInnen ein groszliger Anteil des Warmwassereinsparposhytenzials zukommt durch Energie die gar nicht erst aufgebracht werden muss Dh vereinfacht ausgedruumlckt mit jeder eingesparten kWh Warmwasser spart man (mehr als) 2 kWh Energie Ansatzpunkte bieten das NutzerInnenverhalten und energiesparende Installationen oder Armaturen
452 Optimiertes NutzerInnenverhalten Im Bereich des NutzerInnenverhaltens wird auf ndash meist bereits bekannte ndash Tipps verwiesen
duschen statt baden Wasserhahn bei Nichtbenutzung zudrehen (zB beim Zaumlhneputzen oder beim Duschen) bei Kleinspeichern (zB in der Kuumlche) bedarfsorientierte (statt staumlndige) Aufheizung wassersparende Armaturen verwenden
453 Energieeffiziente Armaturen Die wesentliche Aufgabe von Auslaufarmaturen ist die Bereitstellung der gewuumlnschten Wassershymenge Der Wasserverbrauch bei Armaturen haumlngt vom Wasserdruck vom Oumlffnungsgrad der Ventile bzw Mischern und dem Aufbau der Armatur ab Die Durchflussmenge sowie die zulaumlssige Geraumluschklasse von Sanitaumlrarmaturen sind in der Norm EN246 festgelegt Die bei einem Flieszligdruck von 3 bar zulaumlssigen Durchflussmengen sind in folgender Tabelle dargestellt
Tab 9 Durchflussklassen nach EN 24638
Standardmaumlszligig werden nahezu alle Auslaufarmaturen mit Strahlreglern ausgestattet die den obigen Kriterien entsprechen Die Aufgaben von Strahlreglern sind die Erzeugung eines weichen Strahls die Formung des Strahls die Mengenbegrenzung und die Erfuumlllung von Vorshyschriften Somit flieszligen durch einen Wasserhahn der Durchflussklasse A bis zu 15 lmin bei einem Wasserdruck von 3 bar Strahlregler begrenzen die zulaumlssige Durchflussmenge einer Armatur Spar-Strahlregler koumlnnen mit oder ohne Luftzufuhr ausgefuumlhrt sein Verfuumlgbare Spar-Strahlregler mit Luftzufuhr koumlnnen den Durchfluss auf bis zu 45 lmin bei gleichem Strahlvolumen reduzieren (Quelle Herstellerangaben) Bei einer Zapfdauer von 20 Sekunden und einem Durchfluss von 12 lmin kann mit einem Spar-Strahlregler der Wasserverbrauch um 25 Liter reduziert werden (Quelle Berechnung ALLPLAN)
38 EN 246 Sanitaumlrarmashyturen ndash allgemeine Anforderungen an Strahlregler
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
33
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
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shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015
Waumlrmeverluste treten bei Armaturen auch durch Wartezeiten auf die gewuumlnschte Mischtempe-ratur auf Die Einstellzeit der gewuumlnschten Warmwassertemperatur ist bei Zweigriffarmaturen houmlher als bei Einhebelmischern wodurch in diesem Fall ein erhoumlhter Wasserverlust und entspre-chend auch ein erhoumlhter Energieverbrauch auftreten Im Vergleich zu anderen Armaturtypen weisen Zweigriffarmaturen die houmlchsten Verluste auf Einhebelmischer reduzieren die Wartezeit und damit den Energieverbrauch Da der Mischer aus optischen Gruumlnden haumlufig in Mittelstel-lung belassen wird koumlnnen auch hierbei erhoumlhte Verluste auftreten da zu Beginn Warmwasser gezapft wird Neue Armaturen vermeiden diesen Umstand durch die Zapfung von Kaltwasser in Mittelstellung Vorwiegend bei Duschen eignet sich der Einsatz von Thermostatmischern39 wodurch die Verluste waumlhrend der bdquoEinstellzeitldquo auf rund 50 reduziert werden koumlnnen
Die sogenannte WELL-Klassifizierung wurde von der europaumlischen Vereinigung der Armaturen-hersteller im Zuge der Oumlkodesignrichtlinie geschaffen um den VerbraucherInnen Informationen zum Energie- und Wasserverbrauch von Sanitaumlrarmaturen zu geben Dazu wurden Labels fuumlr den privaten Bereich den oumlffentlichen Bereich und fuumlr andere Einbauten geschaffen Fuumlr Ar-maturen gibt es Effizienzklassen (oumlffentliche Armaturen A-F private A-D) welche sich an die Energieeffizienz-Labels mit farbigen Balken orientieren
Die Bewertung erfolgt anhand von Sternen welche fuumlr verschiedene Kriterien vergeben werden Im privaten Bereich werden der Durchfluss und die Temperatur bewertet 2 Sterne werden bei druckunabhaumlngigen Mengenregelungen fuumlr Waschtischarmaturen mit Durchfluss kleiner als 6 lmin bzw kleiner als 9 lmin bei Kuumlchenarmaturen und einer Temperaturbegrenzung erreicht In oumlffentlichen Gebaumluden wird auch die Durchflusszeit bewertet
39 Die Anforderung von konstanter Zapftem-peratur bei parallelen Zapfungen wird in der Praxis kaum erfuumlllt und durch Spararmaturen noch verschlechtert Abhilfe bieten Ther-mostatmischer
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
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Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
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Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
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Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
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Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
48
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
Abb 17 WELL Home Wasser Effizienz Label (Waschtisch Dusche) Quelle EUnited Valves 2015
Analoge Klassifizierungen gibt es auch fuumlr Duscharmaturen Duschkoumlpfe und Duschschlaumluche wobei die beste Bewertung bei verfuumlgbaren Temperaturbegrenzern und druckunabhaumlngigen Loumlsungen die einen Durchfluss zwischen 45 lmin und 9 lmin gewaumlhrleisten erzielt werden
TIPP-BOX
Beim Kauf von Armaturen auf die WELL-Klassifizierung achten
Spar-Strahlregler und Thermostatventile einsetzen
454 Waumlrmeruumlckgewinnung Abwasser von Sanitaumlranlagen wird uumlblicherweise gesammelt und in den Kanal abgefuumlhrt Durch den Einsatz von Waumlrmetauschern kann dem Abwasser Waumlrme entzogen und fuumlr die Vorwaumlrmung von Frischwasser genutzt werden Dabei unterscheidet man zwischen aktiver und passiver Abwaumlrmenutzung Durch den Einsatz von Waumlrmepumpen kann das Temperaturniveau der Abwaumlrme aktiv gehoben werden Eine Waumlrmeruumlckgewinnung mittels Waumlrmetauscher zur Vorwaumlrmung von Frischwasser entspricht einer passiven Waumlrmeruumlckgewinnung
Bei einer aktiven Waumlrmeruumlckgewinnung mit Waumlrmpumpen wird zwischen einem kontinuier-lichen und diskontinuierlichen Betrieb unterschieden Bei einem kontinuierlichen Anfall von Abwasser ist keine Speicherung erforderlich was zB in Schwimmbaumldern oder Waumlschereien der Fall ist Beim diskontinuierlichen Anfall von Abwasser wie in Wohngebaumluden ist ein Speicher zur Sammlung der Abwaumlsser empfehlenswert um einen effizienten Betrieb der Waumlrmepumpe zu erzielen Abwaumlrme des Abwassers dient als Waumlrmequelle wodurch bei gleichbleibender Effizienz der Waumlrmepumpe houmlhere thermische Leistungen erzielt werden koumlnnen Zusaumltzlich bietet sich auch die Moumlglichkeit eine solarthermische Anlage in das Gesamtkonzept einzubinden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
WELL_LABEL_home_2402indd 7 240215 1445 WELL_LABEL_home_2402indd 6 240215 1446
Technologieleitfaden Warmwasser
34
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
shy
shy
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
Hydraulikschema
4
1
3
6
1 Solarkollektor 2 Pufferspeicher 3 Waumlrmepumpe 4 Abwasser-Eintritt 5 Abwassertank 6 Abwasser-Austritt
Warmwasser
Kaltwasser
5
2
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz
Bei einer zentralen Waumlrmeruumlckgewinnung werden saumlmtliche Abwaumlsser unterschiedlicher Temperaturniveaus gesammelt und einem Waumlrmetauscher zugefuumlhrt Durch die Vermischung mit kalten Abwaumlssern sinkt die Temperatur und somit die Moumlglichkeit einer effektiven Restwaumlrmenutzung aus den Abwaumlssern Mithilfe von Waumlrmetauschern koumlnnen Energieeinsparungen in der Houmlhe von rund 20 erzielt werden
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Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec
Abb 20 Zentraler Gegenstrom-Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
35
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
Die direkte Nutzung von Abwaumlrme in Wohnungen eignet sich fuumlr eine dezentrale Warm-was-serbereitung Aufgrund des eher geringen Temperaturniveaus des Abwassers ist eine moumlglichst gleichzeitige Nutzung der Restwaumlrme erforderlich Besonders bei Duschen bietet sich die Moumlglichkeit die Abwaumlrme unmittelbar zur Vorwaumlrmung von Frischwasser zu nutzen
Die Waumlrmetauscher koumlnnen entweder in die Duschtasse verbaut oder in den Abfluss integriert werden Duschtassen mit integrierten Waumlrmetauschern ermoumlglichen die Vorwaumlrmung von Frischwasser direkt an der Stelle wo die Abwaumlrme anfaumlllt Durch eine Thermostat-Mischbatterie kann das vorgewaumlrmte Frischwasser auf die gewuumlnschte Temperatur gebracht werden Mit diesen Systemen lassen sich laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 65 erzielen Waumlrmetauscher im Abfluss sind als Rohr-im-Rohr-Waumlrmetauscher ausgefuumlhrt Die Laumlnge des Rohres bemisst sich nach der verfuumlgbaren Abwaumlrme und wird senkrecht in den Abfluss eingebaut
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech
TIPP-BOX
Z entrale Waumlrmeruumlckgewinnung nach Moumlglichkeit nutzen (erfordert einen kontinuierlichen Anfall an Abwasser)
Dezentrale Waumlrmetauscher zB in Duschtassen integrieren
46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
Der Vergleich der Gesamteffizienz einzelner Technologien zur Warmwasserbereitung sollte fuumlr konkrete Projekte und die jeweiligen Versorgungsaufgaben an Hand von Gesamtsystem-vergleichen und faktischen Ausschlussgruumlnden (zB Vorhandensein einer Fernwaumlrmeleitung Eignung fuumlr SolarthermiePhotovoltaik) durchgefuumlhrt werden Sobald eine Entscheidung fuumlr ein System und eine Technologie getroffen wurde kann und soll dieses System optimiert werden
Folgende Kennzahlen sind innerhalb einer Technologie heranzuziehen
Norm-Nutzungsgrad Wirkungsgrade bei Volllast und Teillastzustaumlnden (diverse Kessel) Bereitschaftsverluste Optimierung Solarthermie als trade-off zwischen Deckungsgrad
und Systemnutzungsgrad Waumlrmepumpen Jahresarbeitszahl (zB vorab anhand normierter Methoden zu ermitteln)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
36
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
shy
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
Wirkungsgrade 20 kW 20 kW 50 kW 50 kW
Energietraumlger Kesseltyp Baujahr Volllast 30 Last Volllast 30 Last
vor 1978 816 789 824 801
Zentralheizgeshyraumlt (Standardkessel)
1978 ndash 1994 846 809 854 821
Fluumlssige und gasfoumlrmige Brennstoffe
nach 1994
vor 1987
866
893
839
955
874
897
851
957
Brennwertgeraumlt
1987 ndash 1994 913 978 917 982
nach 1994 923 983 927 987
automatisch beschickter Pelletskessel
nach 1994
nach 2004
834
861
816
833
852
875
838
851
bis 1987 873 853 877 857
Kombitherme Durchlauferhitzer
1988 ndash 1994 893 853 897 857
nach 1994 903 853 907 857
-
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
461 Heizkessel Alleine durch den Umstieg auf neuere Heizkessel kann die Effizienz der Anlage gesteigert werden
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Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle P ech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012
FACT BOX
Energieeffizienz von Gaskesseln
Brennwertkessel Erhoumlhung der Effizienz durch Nutzung der Verdampfungswaumlrme der Abgase
Norm-Nutzungsgrad (nach DIN 4702 Teil 8) Mittelwert aus 5 Teillastnutzungsgraden unter Normshybedingungen Brennwertgeraumlte von Niedertemperatur-Heizsystemsen ndash Werte bis 109 bezogen auf den Heizwert Heizwertgeraumlte erreichen etwa 93 (Recknagel Sprenger amp Schramek 2011)
Jahresnutzungsgrad Verhaumlltnis vom tatsaumlchlichen Energieeinsatz zur gelieferten Waumlrmemenge
462 Solarthermie Zur Steigerung der Gesamteffizienz kommt es generell nicht nur auf die Auswahl einzelner effizienter Technologien sondern auf das Zusammenpassen und Zusammenspiel aller Komposhynenten an So erfordert zB die Nutzung von Solarthermie den Einsatz von Schichtenspeicher und tiefen Ruumlcklauftemperaturen aus dem Verteilsystem
Im Gegensatz zu zB Kesselanlagen wird der Kollektorwirkungsgrad nicht als eine Kennzahl sondern als Wirkungsgradkennlinie ndash in Abhaumlngigkeit der Differenz von Kollektor und Umgeshybungstemperatur ndash dargestellt
37
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
48
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
160
0
20
40
60
80
100 Kollektorwirkungsgrad in []
0 20 40 60 80 100 120 140
Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in degC
Absorber
Schwimmbaderwaumlrmung Flachkollektor
Warmwasserbereitung
Heizungsunterstuumltzung
Prozesswaumlrmeerzeugung Vakuum-Roumlhrenkollektor
FACT -BOX
Kennzahlen Solarthermie
Solarer Deckungsgrad [] Anteil des Kollektorertrags an der gesamten Energiebereitstellung
Spezifischer Solarertrag [kWhmsup2a] Energiemenge die die Solaranlage pro msup2 Kollektorflaumlche jaumlhrlich an den Energiespeicher liefert (sinkt mit steigender Anlagengroumlszlige ndash Angebotsuumlberschuss tritt haumlufiger auf ndash bdquoStagnationldquo)
Solarer Systemnutzungsgrad []Verhaumlltnis des Solareintrags in den Energiespeicher zur gesamten solaren Einstrahlung auf das Kollektorfeld
Kollektorwirkungsgrad [] Anteil der eintreffenden Globalstrahlung die in nutzbare Waumlrme umgeshysetzt werden kann (siehe Wirkungsgradkennlinie)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
38
40 Bei allen simulierten Gebaumluden handelt es sich um Gebaumlude nach derzeitigem OIB 6 Standard Verteilung mit 4-Leiter-System Nachheizung mit Gas-Brennwertkessel Vorrangschaltung fuumlr Warmwasser Standort Wien
Zu den Verlusten zaumlhlen
optische Verluste durch Reflexion an der verglasten Kollektoroberflaumlche und thermische Verluste durch Waumlrmeabgabe des Kollektors an die Umgebung
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011
Solarthermie wird mit einer zweiten Energiequelle in Kombination eingesetzt welche Waumlrme an einen zentralen Speicher liefert Schichtladespeicher oder zwei in Serie geschaltene Speicher ermoumlglichen hohe Systemwirkungsgrade Alle Systemkomponenten muumlssen aufeinander abgestimmt sein um auch tatsaumlchlich den kalkulierten Ertrag zu liefern
Simulationen in TSOL 4540 zeigen dass bei einer Auslegung von 1 msup2 Kollektorflaumlche pro Person auch im Mehrfamilienhaus Deckungsgrade von 50 erzielt werden koumlnnen Diese Anlagen liegen im KostenNutzen-Optimum
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
shy
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
800
700
600
500
400
300
200
100
0FebJan Dez Maumlr MaiApr Jun Jul Aug Sep Okt Nov
[kWh] je Woche
Gesamtenergieverbrauch 33661 kWh Energie Solarsystem 20262 kWh
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
Gebaumlude 8 Whg 20 Whg 100 Whg
BGF [m2] 565 1411 7058
Personen 24 60 300
WW-Bedarf [ld] 427 1070 5340
Heizlast [kW] 1915 41 155
Kollektorflaumlche [m2] 24 60 300
Pufferspeicher [l] 2000 3000 20000
Bereitschaftsspeicher [l] 300 700 2500
SD [] 155 172 198
SD WW [] 51 51 49
39
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen-Optimum Quelle TSOL 45
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr 20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45
Neben Einflussfaktoren im Solarthermie-System selbst (wie dem Neigungswinkel der Einshystrahlung oder den Kollektortemperaturen) beeinflusst auch die Wahl des Systemdesigns die Effizienz der Solaranlage (Fink Riva Pertl amp Wagner 2006) 2-Leiter-Systeme mit Wohshynungsstationen zeigen bei der Einbindung von Solarthermie die besten Ergebnisse in Hinblick auf die spezifischen Kollektorertraumlge (um bis zu 100 kWhmsup2a houmlher als 4-Leiter-Systeme) Die Nachteile des 4-Leiter-Systems sinken mit besserer Gebaumludekompaktheit (und somit im Allgemeinen mit der Anzahl der Wohnungen)
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
42
der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
shy
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
Systemoptimierungen41 sind durch vorausschauende Regelungen zur Integration von Zusatz-heizungen moumlglich Selbst nach korrekter Auslegung und Dimensionierung der Anlage kann es zu unzufriedenstellenden Ertraumlgen kommen wenn der Betrieb nicht einem entsprechenden Monitoring unterzogen wird Regelmaumlszligige Kontrolle von Betriebsdruck und Regelungen (zB Strahlungssensor Regelung Zusatzheizung Durchflussmessung Zirkulation) helfen etwaige Probleme rasch zu identifizieren und zu beheben
TIPP-BOX bei Solarthermie Einsatz
Einregulierung und Abstimmung des Gesamtsystems (Speicher Regelung) notwendig
2-Leiter-System zu bevorzugen
Auslegung im KostenNutzen-Optimum (ca 1 msup2 KollektorflaumlchePerson)
Laufendes Monitoring erforderlich
463 Waumlrmepumpen Aufgrund ihrer Funktionsweise arbeitet eine Waumlrmepumpe dann am effizientesten wenn
die Quelltemperatur moumlglichst hoch (eher ErdkollektorGrundwasser statt Luft) wenn Quelle und Senke eine moumlglichst konstante Temperatur aufweisen und die geforderte Zieltemperatur moumlglichst niedrig ist
Somit muss die Effizienz einer Waumlrmepumpe zur Warmwasserbereitung geringer sein als jene zu Heizzwecken mit Niedertemperatursystemen42
Auf Grund dieser Voraussetzungen ist eher anzuraten den Betrieb der Waumlrmepumpe von Heizung und Warmwasser zu entkoppeln Bei zentraler Warmwasserversorgung im Mehrfamilienhaus sind die Vorteile der getrennten Bereitung (4-Leiter-System) den Vorteilen der effizienteren Verteilung (2-Leiter-System) gegenuumlberzustellen und im Einzelfall zu entscheiden
Generell wird auf Basis der CO2 -Bilanz eine Waumlrmepumpe erst ab einer Jahresarbeitszahl welche den jeweiligen Primaumlrenergiefaktor (PEF)43 der genutzten Stromquelle uumlbersteigt empfohlen da erst dann eine Waumlrmepumpe signifikante Vorteile gegenuumlber alternativen Versorgungs-varianten erreicht Weitere Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems umfassen ua (Energieinstitut Vorarlberg 2013)
niedrige Vorlauftemperatur des Heizwassers (ev elektrische Nachheizung) hohe konstante Quelltemperatur (Erdwaumlrmepumpen Grundwasserwaumlrmepumpen) effizientes Waumlrmepumpenaggregat und Peripheriegeraumlte (hoher COP-Wert) geringer Anteil der Warmwasserbereitung im Vergleich zur Heizenergie (ev noch Zu-
satzenergie fuumlr Warmwasser vorsehen) Kombination mit Solarthermie (uumlber Pufferspeicher oder zur Regenerierung des Erd-
reiches) zur Erhoumlhung der JAZ44
41 Wichtig ist ein perma-nenter Abgleich von Temperatursensorda-ten im Kollektor mit Erfahrungswerten so-wie Reduktion der Soll-Speichertemperatur Im Einfamilienhaus-bereich bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizungsunterstuumlt-zung sind um rund 10 houmlhere solare De-ckungsraten moumlglich als ohne Optimierung (Voetsch Kombination von Brennwerttechnik und Solarthermie 2008) Allerdings stehen weitergehende Untersuchungen im Mehrfamilienhausbereich noch aus bzw sind Anforderungen an Mindesttempera-turen in den Speichern durch die bdquoLegio-nellen-Normldquo (bei 4-Leiter-Systemen) zu beruumlcksichtigen Grundsaumltzlich gelten die Aussagen auch fuumlr Mehrfamilienhaumluser je-doch in abgeschwaumlch-ter Form da die Huumlllflaumlche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen im Mehrfa-milienhaus in der Regel deutlich kleiner ist als im Einfamilienhaus Da-mit reduziert sich die Einsparung in Mehrfa-milienhaus gegenuumlber dem Einfamilienhaus (Voetsch Information per e-mail 1922015 2015)
42 In der Literatur werden JAZ-Werte fuumlr Waumlrme-pumpen fuumlr Heizung und Warmwasser zwischen 24 ndash 30 fuumlr Auszligenluft Waumlrme-pumpen bzw Werte zwischen 28 ndash 35 fuumlr Erdsonden-Waumlrme-pumpen angefuumlhrt (Faninger 2012)
43 Je nach Berechnungs-methode betrug der PEF des gesamten oumlsterreichischen Strommixes im Jahr 2011 zwischen 20 und 223 (Austrian Energy Agency 2013)
44 Wird die Solarwaumlrme rein zur Warmwasser-bereitung eingesetzt kann die JAZ um rund 03 ndash 05 Punkte erhoumlht werden bei Nutzung fuumlr Warmwasser und Heizung in Form eines Solar Waumlrmepumpen Kompaktsystems um bis zu 07 Punkte (Faninger 2012)
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
40 shy
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
41
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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53 LITERATUR
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Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
FACT -BOX SO EHER NICHT hellip
Unguumlnstige Warmwasserbereitung mittels einer Waumlrmepumpe
Bei diesem Beispiel wurden zwei groszlige Pufferspeicher durch eine Waumlrmepumpe beladen Die Warm-wasserbereitung erfolgte zwar nach dem Durchflussprinzip jedoch zentral im Heizungsraum wodurch die OumlNORM B 5019 anzuwenden ist
Dadurch ist es erforderlich die beiden groszlig dimensionierten Pufferspeicher uumlber das komplette Jahr auf einer Temperatur von uumlber 60 degC zu halten um die aus hygienischer Sicht erforderliche Trinkwassertem-peratur von uumlber 55 degC im gesamten Warmwasserleitungsnetz zu gewaumlhrleisten Die witterungsgefuumlhrt geregelte Niedrigtemperaturheizung (Flaumlchenheizung) hat dadurch keinerlei positiven Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe da die Temperatur der Pufferspeicher wie bereits beschrieben nicht abgesenkt werden kann
Da die Waumlrmepumpe monovalent betrieben wird ergibt sich mit dieser Betriebsweise eine sehr schlechte Jahresarbeitszahl von unter 2
Abhilfe koumlnnte durch Installation eines eigenen Trinkwasserspeichers bzw dezentraler Trinkwasser-speicher in den Wohnungen geschaffen werden Dadurch ist es nicht mehr erforderlich derart groszlige Wassermengen (Inhalt beider Pufferspeicher) auf ein fuumlr die Warmwasserbereitung ausreichend hohes Temperaturniveau zu erwaumlrmen Im Idealfall wuumlrde auch noch ein zusaumltzlicher Waumlrmeezeuger (zB Gaskessel) zur Erzeugung der Spitzentemperaturen vorgesehen werden Quelle MA 252015
TIPP-BOX Waumlrmepumpe
Waumlrmepumpen arbeiten am effizientesten bei Niedrigtemperaturheizungen (ev elektrische Nachheizung)
Zusammenhang zwischen effizienter Waumlrmepumpe (JAZ) und eingesetzter Stromquelle beruumlcksichtigen
Optimierter Betrieb durch Trennung von Heizung und Warmwasser
Effiziente Waumlrmepumpen auswaumlhlen und Systemkomponenten optimieren
464 Photovoltaik Uumlberall dort wo die Warmwasserbereitung teilweise mittels Strom erfolgt kann die Primaumlrener-giebilanz durch den Einsatz von Photovoltaik verbessert werden Dies bietet sich insbesondere bei Waumlrmepumpen-Loumlsungen an aber auch bei dezentralen Loumlsungen zB mit Durchlaufer-hitzern Aufgrund der beschraumlnkten Dachflaumlchen ergibt sich eine Flaumlchenkonkurrenz zwischen Solarthermie und Photovoltaik welche jeweils im Einzelfall untersucht werden muss
Uumlber das Jahr betrachtet wuumlrde zur vollstaumlndigen Deckung des Waumlrmepumpenstromes die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage in Abhaumlngigkeit der Groumlszlige der Waumlrmepumpe erfolgen Fuumlr eine wirtschaftliche Entscheidung sind die Zeiten wichtig in denen von einer hohen Eigenverbrauchsquote ausgegangen werden kann45 Durch die thermische Nutzung uumlberschuumlssiger PV-Energie kann beim Einsatz einer Waumlrmepumpe oder eines Heizstabes der Eigenbedarfsanteil maszliggeblich erhoumlht werden Oumlkonomisch wird die thermische Nutzung von Solarstrom erst dann attraktiv wenn die moumlglichen Brennstoffkosteneinsparungen uumlber dem erzielbaren Einspeisetarif fuumlr Photovoltaik liegen (Quaschnig Weniger amp Tjaden 2012)
Eine uumlberschlagsmaumlszligige Berechnung fuumlr ein Wohngebaumlude mit 20 Wohneinheiten zeigt dass unter der Annahme eines verschattungsfreien suumldausgerichteten Flachdaches mit Aufstaumlnde-rung uumlbers Jahr gesehen die erforderliche Strommenge zur Deckung des Heizenergiebedarfs zur Warmwasserbereitung bei Weitem erzielt werden kann Im Falle eines Sattel- oder Pult-daches stehen prinzipiell noch mehr Quadratmeter zur Verfuumlgung Bei einer Dimensionierung
45 Stromproduktion und Nutzung fallen zeitlich zusammen Strom-menge kann mit teu-rem Strombezugspreis bewertet werden
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
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5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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53 LITERATUR
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
20 Wohnungen
Grundflaumlche m2 470
Dachflaumlche Flachdach m2 470
verfuumlgbar (Aufstaumlnderung) m2 157
Ertrag pro kWp (Suumld 35deg) kWhkWp a 1080
PaneelekWp Stk 4
FlaumlchePaneele m2 15
Ertrag pro m2 kWhm2 180
Ertrag pro vfb Dachflaumlche max kWha 28200
entspricht Paneelen 104
Strom durch PV MWha 28
Strombedarf WP Sole 4-Leiter MWha 87
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 324
Strombedarf WP Luft 4-Leiter MWha 101
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 279
Strombedarf WP Sole 2-Leiter MWha 78
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 362
Strombedarf WP Luft 2-Leiter MWha 89
Deckung PV max (uumlbers Jahr) ndash 317
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
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der PV-Anlage zur exakten Deckung des Warmwasserwaumlrmebedarfes wuumlrden rund 35 Paneele benoumltigt Es ist allerdings darauf hinzuweisen dass nur rund ein Drittel der Ertraumlge direkt dem Eigenverbrauch zugeordnet werden koumlnnen und die Energiebilanz nur uumlbers Jahr gesehen ausgeglichen ist
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN
TIPP-BOX fuumlr Photovoltaik-Einsatz
Verbesserte Primaumlrenergiebilanz durch Nutzung von Photovoltaik
Deckung des Jahresbedarfes Strom uumlber Photovoltaik moumlglich
Fuumlr finanzielle Aspekte maszliggeblich Eigenbedarfsdeckung
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
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5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
48
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
Hybridkollektor
Luftspalt
PV-Modul
Daumlmmerung
Glasabdeckung
Therm Kollektor
KAPITEL 4Ansatzpunkte Energieeffizienz
Technologieleitfaden Warmwasser
FACT -BOX
Innovative Loumlsung Photovoltaik-thermische Hybridkollektoren (PVT)
Der Ansatz von PVT-Systemen (PV fuumlr Photovoltaikanlage und T fuumlr solarthermische Anlage) ist es Waumlrme an der Solarzelle in Form eines Solarkollektors abzufuumlhren und somit eine moumlglichst konstante Temperatur im Kollektor zu erreichen Photovoltaik nutzt vorwiegend das Spektrum des sichtbaren Lichts und Solarthermie die Energie im Infrarotbereich Durch die Kombination dieser beiden Systeme kann das verwertbare Lichtspektrum erweitert werden und damit koumlnnen in Summe houmlhere Ausbeuten erzielt werden Messungen an Hybridkollektoren zeigen dass der Stromertrag bei gleichbleibendem Waumlrmeertrag gesteigert und der Flaumlchenbedarf um bis zu 40 im Vergleich zu Einzelanlagen reduziert werden kann (Trebersburg Djalili amp Staller 2011) Diese Form von Kollektoren eignet sich besonders fuumlr Faumllle mit gleichzeitigem Waumlrme und Strombedarf
Herkoumlmmliche Photovoltaikmodule wandeln derzeit etwa 16 der einfallenden Solarstrahlung in elektrische Energie um wobei 74 der Einstrahlung als Waumlrme in die Umgebung und 10 durch Reflexion ungenutzt bleiben Dieser Umwandlungsprozess ist temperaturabhaumlngig wodurch bei hoher solarer Einstrahlung die moumlgliche Stromerzeugung deutlich abfaumlllt Eine Erwaumlrmung eines Solarmoduls um 40 Kelvin bewirkt eine Leistungsreduktion um 20 (Niederl 2014) Im Gegensatz dazu ist bei thermischen Solaranlagen zur Heizungsunterstuumltzung undoder Warmwasserbereitung eine houmlhere Temperatur erwuumlnscht Dadurch ist fuumlr diese Anlagen ein umfangreicher Planungsprozess erforderlich um das gewuumlnschte Ergebnis zu erreichen Dieser Kollektortyp eignet sich als Waumlrmequelle fuumlr Waumlrmepumpen [vgl wwwishfde]
Bei wassergekuumlhlten Systemen (Einsatz fuumlr Wohngebaumlude) aumlhnelt der Kollektor im Aufbau einem thermischen Solarkollektor Kristalline Zellen sind bei verfuumlgbaren abgedeckten Produkten uumlblicherweise direkt hinter dem Abdeckglas angebracht wodurch keine aktive Kuumlhlung der Solarzelle erfolgt Derzeit konzentrieren sich Herstellerinnen und Hersteller vorwiegend auf nicht abgedeckte Kollektoren bei denen kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und Solarzelle vorliegt Dabei sind Solarzellen in einer Kunststofffolie auf einem Metallabsorber laminiert um einen moumlglichst hohen Waumlrmeuumlbergang zu erreichen An der Ruumlckseite des Absorbers sind durchflossene Rohrleitungen angebracht um die entstehende Waumlrme abzufuumlhren Dieser Zellen-Absorber Verbund ist in einem Kollektorgehaumluse mit Glasabdeckung untergebracht
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Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN
43
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
48
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
5 ANHANG
51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
511 Hygienerelevante Vorschriften Die OumlNORM B 5019 ndash umgangssprachlich auch bdquoLegionellen-Normldquo ndash regelt die hygiene-relevante Planung Ausfuumlhrung Uumlberwachung Sanierung und den Betrieb von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
Die Ausfuumlhrungen in dieser OumlNORM gelten unter der Voraussetzung dass Trinkwasser zentral erwaumlrmt wird im Besonderen fuumlr Kranken- und Kuranstalten Pflegeeinrichtungen Badeeinrich-tungen Beherbergungsbetriebe Gemeinschaftseinrichtungen sowie oumlffentliche Gebaumlude und Wohnhausanlagen (Reihenhaus Mehrfamilienhaus) mit verzweigten Verteilernetzen
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen welche nur eine Wohnung (dezentrale Loumlsungen oder auch uumlber Wohnungsstationen) versorgen Ein- oder Zweifamilienhaumluser oder Einrichtungen in denen eine Vermehrung von Legionellen zwar auftreten kann die aber nicht als zentrale Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen zu klassifizieren sind werden in dieser Norm nicht behandelt
Zentrale Inhalte zur Warmwasserbereitung und Verteilung
Das erwaumlrmte Trinkwasser muss bei bestimmungsgemaumlszligem Betrieb beim Eintritt in das Verteilsystem eine Temperatur von mindestens 60degC aufweisen Diese Temperatur ist ganzjaumlhrig sicherzustellen
Durch technische Maszlignahmen muss sichergestellt werden dass in Zeiten ohne Was-serentnahme (jederzeit) eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Warm-wasserbereiters (ausgenommen Kaltwasserzuleitung) eingehalten wird
Vorwaumlrmstufen duumlrfen 55 degC nicht unterschreiten ndash ausgenommen sind 4 Stunden Ladezeit von Warmwasserspeichern
Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6 m nicht uumlbersteigen
Die thermische Desinfektion des gesamten Warmwassersystems mit mindestens 70 degC muss moumlglich sein
Temperaturmessnippel bzw Haumlhne zur Wasserprobennahme muumlssen an definierten Stellen vorhanden sein
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage mit Zirkulationsleitung Jede Zirkulationsleitung muss an der Einmuumlndungsstelle in die Zirkulationssammelleitung mit einem (thermostatischen) Regelventil ausgestattet werden Diese sind so einzustellen dass die Wassertemperatur am Regulierventil und in der Zirkulationssammelleitung am Eintritt in den Warmwasserbereiter jeweils mindestens 55 degC betraumlgt und an keiner Stelle im Verteilsystem unterschritten wird Die thermostatisch geregelten Ventile muumlssen Spuumllungen mit mindestens 70 degC Warmwassertemperatur zulassen Das Abschalten der Zirkulationspumpe ist nicht zulaumlssig
Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlage ohne Zirkulationsleitung Es sind vorzugsweise Durchfluss-Warmwasserbereiter zu verwenden Bei Verwendung von Speicher-Ladesystemen oder Speicher-Warmwasserbereitern mit eingebautem Erwaumlrmungs-system muss durch baulich technische Maszlignahmen sichergestellt werden (zB durch interne Zirkulationsleitung oder Zusatzheizung im Speicher) dass in Zeiten ohne Wasserentnahme eine Mindesttemperatur von 55 degC an jeder Stelle des Speichers eingehalten wird wobei die Lade- oder Aufheizzeit ausgenommen ist An der Temperaturmessstelle unmittelbar nach dem
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
44
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
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Huber H Schoumlfmann P amp Zottl A (2014) Tech-nologieleitfaden Waumlrmepumpen Wien Magistrat der Stadt Wien
IMI Hydronics (2015) TA-SC Wohnungsstationen Komfort Ausfuumlhrung 42 kW
Jenni Energietechnik AG (2015) Jenni Energie-technik AG Abgerufen am 9 Maumlrz 2015 von wwwjennich
MA 25 R N (2015) Bad practise Beispiele anonymisiert
Moumlller H (2522015) Stiebel Eltron
Niederl A (2014) Leistungssteigerung von Photo-voltaikanlagen durch Modulkuumlhlung Abgerufen am 1632015 von httpportaltugrazat httpportal tugrazatportalpageportalFilesi4340enin-nov2014fileslfLF_Niederlpdf
Oberoumlsterreichischer Energiesparverband (2014) Mit effizienten Heizungspumpen Strom amp Geld sparen
OumlNORM B 5019 (2011) Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen Wien Oumlsterreichisches Normungsinstitut
OumlNORM H 5155 (2013) Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten von haustechni-schen Anlagen Wien Austrian Standards Institute Oumlsterreichisches Normungsinstitut
OumlNORM (2013) Waumlrmedaumlmmung von Rohrlei-tungen und Komponenten von haustechnischen Anlagen Wien Austrian Standards InstituteOumlster-reichisches Normungsinstitut
Pech A Poumlhn C Bednar T amp Streicher W (2012) Bauphysik Erweiterung 1 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Energieausweis ndash Gesamtenergieef-fizienz Springer Verlag
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
48
Quaschnig V Weniger J amp Tjaden T (2012) Der unterschaumltzte Markt BWK BD 64 Nr78 S25 ndash 28
Rameder E (1322015) Waumlrmeversorung mittels Waumlrmepumpen
Recknagel H Sprenger E amp Schramek E R (2011) Taschenbuch fuumlr Heizung und Klimatechnik (75 Auflage Ausg) Muumlnchen Oldenbourg Indust-rieverlag GmbH
Rieger R (2011) Warmwasseranschluss beim Geschirrspuumller BSH Multiplikatorenschulung UNI Bonn
Solarfocus GmbH (2015) Solarfocus GmbH Abge-rufen am 932015 von wwwsolarfocusatprodukte speichertechnik
Statistik Austria (2013) Energiedaten Oumlsterreich wwwstatistikatweb_destatistikenenergie_und_ umweltenergieenergieeinsatz_der_haushalte indexhtml
STIEBEL ELTRON GmbH (2015) Stiebel Eltron Abgerufen im Februar 2015 von wwwstiebel-eltronat
TA Hydronics (2014) System 45 Warmwasserbereitung mit 45deg C
Trebersburg M Djalili M amp Staller H (2011) New technical solutions for energy efficient buildings State of the Art Report Abgerufen am 1632015 von wwwsci-networkeu wwwsci-networkeu fileadmintemplatessci-networkfilesResource_ CentreInnovative_TechnologiesState_of_the_Art_ Report_Coolingpdf
Vaillant Group Austria GmbH (2015) Vaillant Abgerufen am 632015 von wwwvaillantatprivatanwender
Vaillant Group Austria GmbH (2015) Vaillant Abgerufen am 1632015 von wwwvaillantatprivatanwender
Voetsch S (2015) Information per E-mail 1922015
Voetsch S (2008) Kombination von Brennwert-technik und Solarthermie Fachjournal fuumlr Erneuer-bare Energien amp Technische Gebaumludeausruumlstung S 200 ndash 203
Wien Energie GmbH (August 2013) Technische Richtlinie ndash Technische Auslegungsbedingungen Wien Wien Energie GmbH Abgerufen im Maumlrz 2015
Wolff D amp von Krosigk d e (2012) Einfluss der Verteilungsverluste bei der energetischen Moder-nisierung von Mehrfamilienhaumlusern Analyse und Ableitung von Optimierungsmaszlignahmen Projekt im Auftrag des proKlima enercity-Fonds HannoverBraunschweigWolfenbuumlttel
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
Warmwasserbereiter ist waumlhrend des bestimmungsgemaumlszligen Betriebes eine Wassertemperatur von mindestens 60 degC sicherzustellen
Schlussfolgerungen 4-Leiter-Systeme (= zentrale Warmwasserbereitung) unterliegen der bdquoLegionellen-
Normldquo und muumlssen deshalb am Punkt des Austritts aus dem Warmwasserbereiter stets 60 degC erreichen
Dezentrale Loumlsungen und 2-Leiter-Systeme mit Wohnungsstation unterliegen nicht der Norm und koumlnnen daher auch mit geringeren Temperaturen betrieben werden Bei 2-Leiter-Systemen ergibt sich die erforderliche Temperatur des Heizungsvorlaufs in Abhaumlngigkeit von Heizungssystem und Waumlrmeuumlbertragung sowie von der erforderlichen Spreizung der Wohnungsstation
Die Einhaltung der geforderten Temperaturen wird durch eine entsprechende Auslegung der Warmwasser-Zirkulationspumpe sowie Dimensionierung der Daumlmmung und den gewaumlhltenSystemtemperaturen der Bereitstellung erreicht
512 Oumlkodesign-Richtlinie Entsprechend der Oumlkodesign-Richtlinie46 gelten ab 2692015 neue Mindestvorschriften zum Thema Energieeffizienz von Heizgeraumlten und Kombiheizgeraumlten
Es ist davon auszugehen dass entsprechend der aktuellen Regelungen zentrale Gashei-zungsanlagen (Kombiheizgeraumlte) ab September 2015 nur mehr in Brennwerttechnik-Form ausgefuumlhrt werden duumlrfen Bei sogenannten B1-Kessel welche an einen gemeinsamen Kamin angeschlossen sind sind (zumindest derzeit) weiterhin Heizwertgeraumlte zulaumlssig Der Austausch von einzelnen Geraumlten als Brennwertgeraumlte ist aufgrund der unterschiedlichen Abgasfuumlhrung derzeit technisch nicht moumlglich
Regelungen mit Relevanz fuumlr die Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhaumlusern werden va durch folgende Mindest-Effizienz-Regeln definiert
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit einer Waumlrmenennleistung von le 70 kW mind 86 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz47
Kombiheizgeraumlte mit Brennstoffheizkessel mit Waumlrmenennleistung von gt70 kW bis le 400 kW Wirkungsgrad bei 100 der Waumlrmenennleistung mind 86 bei 30 der Waumlrmenennleistung mind 94
Bei dezentraler Warmwasser-Versorgung
Typ B148 (bdquoKombithermenldquo) le 30 kW hier gilt 75 jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz
513 Wiener Bauordnung Vorschriften der Wiener Bauordnung sind fuumlr die Auswahl der fuumlr die Warmwasserbereitung eingesetzten zulaumlssigen Technologien maszliggebend
Die Wiener Bauordnung sieht im 7 Abschnitt (Energieeinsparung und Waumlrmeschutz) auch fuumlr den Bereich der Warmwasserbereitung spezielle Anforderungen vor wobei jeweils die bdquoVerhaumllt-nismaumlszligigkeit von Aufwand und Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparungldquo zu beruumlcksichtigen ist
46 Verordnung (EG) Nr Nr 8142013 der Kommission vom 2 August 2013 zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125 EG des Europaumlischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerech-te Gestaltung von Warmwasserbereitern und Warmwasserspei-chern
47 Quotient aus dem von einem Heizgeraumlt gedeckten Raum-heizwaumlrmebedarf fuumlr eine bestimmte Heizperiode und dem zur Deckung dieses Bedarfs erforderlichen jaumlhrlichen Energiever-brauch in
48 bdquoKombiheizkessel des Typs B1ldquo bezeich-net ein mit einer Stroumlmungssicherung ausgestattetes Kombiheizgeraumlt mit Brennstoffheizkessel zum Anschluss an eine Abgasanlage mit Naturzug die die Verbrennungsabgase aus dem Aufstellraum des Raumheizgeraumlts mit Brennstoffheizkes-sel hinaus befoumlrdert wobei das Geraumlt die Verbrennungsluft unmittelbar aus dem Aufstellraum ansaugt ein Kombiheizkessel des Typs B1 wird ausschlieszliglich als B1-Kombiheizkessel vertrieben Dieser Kombiheizkessel des Typs B1 entspricht einer klassischen Gas-Therme im Mehrfamili-enhaus
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
45
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
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Faninger G (2012) Die Bedeutung von kombinierten Solar-Waumlrmepumpen-Heizungssystemen in der Oumlsterreichischen Energiestrategie
Fenz J (2012) Untersuchung der heizungsseitigen Gleichzeitigkeitsfaktoren von Wohnungsstationen zur Trinkwasserbereitung
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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Quaschnig V Weniger J amp Tjaden T (2012) Der unterschaumltzte Markt BWK BD 64 Nr78 S25 ndash 28
Rameder E (1322015) Waumlrmeversorung mittels Waumlrmepumpen
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Solarfocus GmbH (2015) Solarfocus GmbH Abge-rufen am 932015 von wwwsolarfocusatprodukte speichertechnik
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Vaillant Group Austria GmbH (2015) Vaillant Abgerufen am 632015 von wwwvaillantatprivatanwender
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Wien Energie GmbH (August 2013) Technische Richtlinie ndash Technische Auslegungsbedingungen Wien Wien Energie GmbH Abgerufen im Maumlrz 2015
Wolff D amp von Krosigk d e (2012) Einfluss der Verteilungsverluste bei der energetischen Moder-nisierung von Mehrfamilienhaumlusern Analyse und Ableitung von Optimierungsmaszlignahmen Projekt im Auftrag des proKlima enercity-Fonds HannoverBraunschweigWolfenbuumlttel
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
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NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
Folgender Punkt ist insbesondere hervorzuheben (sect118 Absatz 3)
Bei Neu- Zu- und Umbauten sowie bei Aumlnderungen und Instandsetzungen von mindestens 25 der Oberflaumlche der Gebaumludehuumllle muumlssen hocheffiziente alternative Systeme eingesetzt werden sofern dies technisch oumlkologisch und wirtschaftlich realisierbar ist Hocheffiziente alternative Systeme sind jedenfalls
dezentrale Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von Energie aus erneuerbaren Quellen
Kraft-Waumlrme-Kopplung Fern-Nahwaumlrme oder Fern-Nahkaumllte insbesondere wenn sie ganz oder teilweise
auf Energie aus erneuerbaren Quellen beruht oder aus hocheffizienten Kraft-Waumlrme-Kopplungsanlagen stammt
Waumlrmepumpen (Jahresarbeitszahl JAZ ge 30 berechnet nach den Regeln der Technik)
514 Uumlbersicht Normen OumlNORM B 8110-5 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 5 Klimamodell und Nutzungsprofile Definition Warmwasserwaumlrmebedarf von 35Whmsup2d lt Nutzerprofil fuumlr Wohngebaumlude-Nutzen
OumlNORM H 5056 Bbl 2 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf Berechnung des Endenergiebedarfs fuumlr Warmwasserbereitung (Bereitstellung Speicherung Verteilung amp Abgabe)
OIB-Richtlinien 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Planungsgrundlagen Normen und Richtlinien
OumlNORM B 5019 Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Wartung Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen
OumlNORM H 5151 Planung von zentralen Warmwasser-Heizungsanlagen mit oder ohne Warmwasserbereitung
OumlNORM H 5155 Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten in haustechnischen Anlagen
OumlNORM H 5056 Bbl 6 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Heiztechnik-Energiebedarf - Beiblatt 6 Einfamilienhaus ndash Validierungsbeispiel fuumlr Solarthermie mit Hackschnitzelheizung
OumlNORM EN 128288 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen
OumlNORM EN 806 Teil 1 ndash 6 Technische Regeln fuumlr Trinkwasser-Installationen
OumlNORM M 7140 Betriebswirtschaftliche Vergleichsrechnung fuumlr Energiesystem nach dynamischen Rechenmethoden
OumlNORM EN 246 Sanitaumlrarmaturen ndash Allgemeine Anforderungen an Strahlregler
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
46
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
47
53 LITERATUR
AGCS (2002) Gas Lastprofile wwwagcsatagcsclearinglastprofile beschreibung_der_gaslastprofilepdf
Austria Email AG (2015) Austria Email Abgerufen am 6 Maumlrz 2015 von wwwaustria-emailat
Austria Solar (2015) Solarwaumlrme Abgerufen am 25 Februar 2015 von wwwsolarwaermeatGeschosswohnbauPlanung
Austrian Energy Agency (2013) Primaumlrenergiefak-toren von fossilen und erneuerbaren Energietrauml-gern Strom und fernwaumlrme im Zeitraum 2000 bis 2011 Wien
Austrian Institute of Technology GmbH (2014) Technologieleitfaden Waumlrmepumpen Wien Magist-rat der Stadt Wien
Bosch und Siemens Hausgeraumlte Gruppe (2011) Warmwasseranschluss beim Geschirrspuumller Multi-plikatorenschulung UNI Bonn Roland Rieger
Brillinger P D Fritzsch J amp Hussl V (2009) Warmwasserbereitung und -verteilung bei Niedrig-energiesanierungen im Wohnungsbau Fraunhofer IRB Verlag
Bund der Energieverbraucher (2692011) Waschmaschinen ans Warmwasser Abgerufen am 1232015 von Energieverbraucherde-Website wwwenergieverbraucherdedeWaschmaschinen-ans-Warmwasser__1662con-4756
Bund der Energieverbraucher (2692011) Waschmaschinen ans Warmwasser Abgerufen am 1922014 von wwwenergieverbraucherde www energieverbraucherdedeWaschmaschinen-ans-Warmwasser__1662
Bundesverband Waumlrmepumpe eV (2013) Leitfaden Trinkwassererwaumlrmung Berlin
Energieinstitut Vorarlberg (2013) JAZcalc Bedie-nungsanleitung V8
Europaumlische Union V (2013) zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125EG des Europaumlischen Parla-ments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestal-tung von Warmwasserbereitern und Warmwaser-speichern
Faninger G (2012) Die Bedeutung von kombinierten Solar-Waumlrmepumpen-Heizungssystemen in der Oumlsterreichischen Energiestrategie
Fenz J (2012) Untersuchung der heizungsseitigen Gleichzeitigkeitsfaktoren von Wohnungsstationen zur Trinkwasserbereitung
Fernwaumlrme Wien GmbH (2009) Technische Richt-linie ndash Leitfaden Allgemeinguumlltige Bestimmungen Wien Wien Energie GmbH
Feurich H (1999) Sanitaumlrtechnik Band 2 Duumlsseldorf Krammer Verlag
Fink C Brunner C amp AEE INTEC 2 (2011) Skrip-tum zur Solarthermievorlesung an der FH Pinkafeld Studiengang NES
Fink C Kaiser A amp Wagner W I (2010) Qua-litaumltsstandards von Wohnungsstationen in Zwei-Leiter-Netzen erstellt im Rahmen des Forschungsprogramms bdquoNeue Energien 2020ldquo des Klima- und Energiefonds Gleisdorf
Fink C Riva R Pertl M amp Wagner M (2006) OPTISOL-Messtechnisch begleitete Demonstra-tionsprojekte fuumlr optimierte und standardisierte Solarsysteme im Mehrfamilienwohnbau Berichte aus Energie- und Umweltforschung (50)
Huber H Schoumlfmann P amp Zottl A (2014) Tech-nologieleitfaden Waumlrmepumpen Wien Magistrat der Stadt Wien
IMI Hydronics (2015) TA-SC Wohnungsstationen Komfort Ausfuumlhrung 42 kW
Jenni Energietechnik AG (2015) Jenni Energie-technik AG Abgerufen am 9 Maumlrz 2015 von wwwjennich
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Moumlller H (2522015) Stiebel Eltron
Niederl A (2014) Leistungssteigerung von Photo-voltaikanlagen durch Modulkuumlhlung Abgerufen am 1632015 von httpportaltugrazat httpportal tugrazatportalpageportalFilesi4340enin-nov2014fileslfLF_Niederlpdf
Oberoumlsterreichischer Energiesparverband (2014) Mit effizienten Heizungspumpen Strom amp Geld sparen
OumlNORM B 5019 (2011) Hygienerelevante Planung Ausfuumlhrung Betrieb Uumlberwachung und Sanierung von zentralen Trinkwasser-Erwaumlrmungsanlagen Wien Oumlsterreichisches Normungsinstitut
OumlNORM H 5155 (2013) Waumlrmedaumlmmung von Rohrleitungen und Komponenten von haustechni-schen Anlagen Wien Austrian Standards Institute Oumlsterreichisches Normungsinstitut
OumlNORM (2013) Waumlrmedaumlmmung von Rohrlei-tungen und Komponenten von haustechnischen Anlagen Wien Austrian Standards InstituteOumlster-reichisches Normungsinstitut
Pech A Poumlhn C Bednar T amp Streicher W (2012) Bauphysik Erweiterung 1 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz Energieausweis ndash Gesamtenergieef-fizienz Springer Verlag
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
48
Quaschnig V Weniger J amp Tjaden T (2012) Der unterschaumltzte Markt BWK BD 64 Nr78 S25 ndash 28
Rameder E (1322015) Waumlrmeversorung mittels Waumlrmepumpen
Recknagel H Sprenger E amp Schramek E R (2011) Taschenbuch fuumlr Heizung und Klimatechnik (75 Auflage Ausg) Muumlnchen Oldenbourg Indust-rieverlag GmbH
Rieger R (2011) Warmwasseranschluss beim Geschirrspuumller BSH Multiplikatorenschulung UNI Bonn
Solarfocus GmbH (2015) Solarfocus GmbH Abge-rufen am 932015 von wwwsolarfocusatprodukte speichertechnik
Statistik Austria (2013) Energiedaten Oumlsterreich wwwstatistikatweb_destatistikenenergie_und_ umweltenergieenergieeinsatz_der_haushalte indexhtml
STIEBEL ELTRON GmbH (2015) Stiebel Eltron Abgerufen im Februar 2015 von wwwstiebel-eltronat
TA Hydronics (2014) System 45 Warmwasserbereitung mit 45deg C
Trebersburg M Djalili M amp Staller H (2011) New technical solutions for energy efficient buildings State of the Art Report Abgerufen am 1632015 von wwwsci-networkeu wwwsci-networkeu fileadmintemplatessci-networkfilesResource_ CentreInnovative_TechnologiesState_of_the_Art_ Report_Coolingpdf
Vaillant Group Austria GmbH (2015) Vaillant Abgerufen am 632015 von wwwvaillantatprivatanwender
Vaillant Group Austria GmbH (2015) Vaillant Abgerufen am 1632015 von wwwvaillantatprivatanwender
Voetsch S (2015) Information per E-mail 1922015
Voetsch S (2008) Kombination von Brennwert-technik und Solarthermie Fachjournal fuumlr Erneuer-bare Energien amp Technische Gebaumludeausruumlstung S 200 ndash 203
Wien Energie GmbH (August 2013) Technische Richtlinie ndash Technische Auslegungsbedingungen Wien Wien Energie GmbH Abgerufen im Maumlrz 2015
Wolff D amp von Krosigk d e (2012) Einfluss der Verteilungsverluste bei der energetischen Moder-nisierung von Mehrfamilienhaumlusern Analyse und Ableitung von Optimierungsmaszlignahmen Projekt im Auftrag des proKlima enercity-Fonds HannoverBraunschweigWolfenbuumlttel
KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abb 1 Anteile Energietraumlger zur Warmwasserbereitung Wien 2012 Quelle Statistik Austria 2013 7
Abb 2 Uumlbersicht Verluste bei 2-Leiter-Systemen und 4-Leiter-Systemen Quelle Darstellung ALLPLAN 9
Abb 3 Gleichzeitigkeitskurven in Anlehnung an Quelle Feurich 1999 12
Abb 4 Schema Zentrale Versorgung 4-Leiter-System Quelle ALLPLAN 13
Abb 5 Schema 2-Leiter-System Quelle ALLPLAN 14
Abb 6 Dezentrales System Quelle ALLPLAN 16
Abb 7 Energiestroumlme bei der Warmwasserbereitung Groumlszligenordnungen fuumlr
2-Leiter und 4-Leiter System 20 Wohnungen Quelle ALLPLAN 18
Abb 8 Rohr-an-Rohr System Quelle ALLPLAN 27
Abb 9 Rohr-in-Rohr System Quelle Fa VIEGA 27
Abb 10 Trinkwasserspeicher in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 11 Energiespeicher mit Schichtladelanze und herkoumlmmlicher Beladung
in Anlehnung an Solarfocus GmbH 2015 29
Abb 12 Aufbau eines Kombispeichers mit Wellenrohr-Waumlrmetauscher Solarfocus GmbH 2015 30
Abb 13 Aufbau eines Tank-in-Tank Speichers Jenni Energietechnik AG 2015 30
Abb 14 Volumenbezogener thinspspezifischerthinsp Waumlrmeverlust thinspUs des Speichers
Darstellung ALLPLAN ndash basierend auf OumlNORM H 5155 31
Abb 15 Strahlregler mit Luftansaugung Quelle Fa Kottmann 2015 33
Abb 16 M22 Strahlregler Quelle Fa Wolf 2015 33
Abb 17 WELLthinsp Homethinsp Wasserthinsp Effizienzthinsp Labelthinsp (Waschtischthinsp Dusche)thinsp Quelle EUnited Valves 2015 34
Abb 18 Hydraulikschema Waumlrmeruumlckgewinnung aus Abwasser mittels Waumlrmepumpe Quelle TU-Graz 35
Abb 19 Zentraler Waumlrmetauscher Quelle Fa Rain-o-Tec 35
Abb 20 Zentraler Gegenstrom Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 35
Abb 21 Waumlrmetauscher fuumlr Duschtasse Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 22 Vertikaler Waumlrmetauscher Quelle Fa Hei-Tech 36
Abb 23 Wirkungsgradkennlinie Quelle Fink Brunner amp AEE INTEC 2011 38
Abb 24 Anteil Solarenergie an der Warmwasserbereitung fuumlr
20 Wohnungen Jahresertraumlge Quelle TSOL 45 39
Abb 25 Wassergekuumlhlter abgedeckter Hybridkollektor Quelle ALLPLAN 43
Tab 1 Ansatzpunkte thinspzur thinspEffizienzsteigerung thinspthinspQuelle Darstellung ALLPLAN 10
Tab 2 Annahmen Warmwasserbedarf im Mehrfamilienhaus Quelle Feurich 1999 11
Tab 3 Typische Versorgungssysteme im Mehrfamilienhaus Quelle Wolff amp von Krosigk 2012 13
Tab 4 Kompatibilitaumlt Technologien und Verteilsysteme Quelle ALLPLAN 17
Tab 5 Uumlbersicht Ansatzpunkte Optimierung Quelle ALLPLAN 19
Tab 6 Auswahl Systemdesigns Quelle ALLPLAN 22
Tab 7 Einsparpotenziale Verteilverluste Quelle Berechnung ALLPLAN 23
Tab 8 Mindestdaumlmmdicken d fuumlr Heizungs- und Warmwasserleitungen
bei thinspeiner thinspWaumlrmeleitfaumlhigkeit thinspvon thinsp0047thinspW(mthinsp∙thinspK) thinspQuelle OumlNORM H 5155 24
Tab 9 Durchflussklassen thinspnach thinspEN thinsp246 32
Tab 10 Wirkungsgrade Kesselanlagen berechnet nach Quelle Pech Poumlhn Bednar amp Streicher 2012 37
Tab 11 Parameter Warmwasserbereitung KostenNutzen Optimum Quelle TSOL 45 39
Tab 12 Abschaumltzung PV-Dimensionierung 20 Wohneinheiten Quelle Darstellung ALLPLAN 42
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Technologieleitfaden Warmwasser
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53 LITERATUR
AGCS (2002) Gas Lastprofile wwwagcsatagcsclearinglastprofile beschreibung_der_gaslastprofilepdf
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KAPITEL 5Anhang
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- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
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- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
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-
53 LITERATUR
AGCS (2002) Gas Lastprofile wwwagcsatagcsclearinglastprofile beschreibung_der_gaslastprofilepdf
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Europaumlische Union V (2013) zur Durchfuumlhrung der Richtlinie 2009125EG des Europaumlischen Parla-ments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestal-tung von Warmwasserbereitern und Warmwaser-speichern
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48
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STIEBEL ELTRON GmbH (2015) Stiebel Eltron Abgerufen im Februar 2015 von wwwstiebel-eltronat
TA Hydronics (2014) System 45 Warmwasserbereitung mit 45deg C
Trebersburg M Djalili M amp Staller H (2011) New technical solutions for energy efficient buildings State of the Art Report Abgerufen am 1632015 von wwwsci-networkeu wwwsci-networkeu fileadmintemplatessci-networkfilesResource_ CentreInnovative_TechnologiesState_of_the_Art_ Report_Coolingpdf
Vaillant Group Austria GmbH (2015) Vaillant Abgerufen am 632015 von wwwvaillantatprivatanwender
Vaillant Group Austria GmbH (2015) Vaillant Abgerufen am 1632015 von wwwvaillantatprivatanwender
Voetsch S (2015) Information per E-mail 1922015
Voetsch S (2008) Kombination von Brennwert-technik und Solarthermie Fachjournal fuumlr Erneuer-bare Energien amp Technische Gebaumludeausruumlstung S 200 ndash 203
Wien Energie GmbH (August 2013) Technische Richtlinie ndash Technische Auslegungsbedingungen Wien Wien Energie GmbH Abgerufen im Maumlrz 2015
Wolff D amp von Krosigk d e (2012) Einfluss der Verteilungsverluste bei der energetischen Moder-nisierung von Mehrfamilienhaumlusern Analyse und Ableitung von Optimierungsmaszlignahmen Projekt im Auftrag des proKlima enercity-Fonds HannoverBraunschweigWolfenbuumlttel
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Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
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-
Quaschnig V Weniger J amp Tjaden T (2012) Der unterschaumltzte Markt BWK BD 64 Nr78 S25 ndash 28
Rameder E (1322015) Waumlrmeversorung mittels Waumlrmepumpen
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KAPITEL 5Anhang
Technologieleitfaden Warmwasser
49
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
NOTIZEN
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
NOTIZEN
- Warmwasser effizient bereitstellen - Technologieleitfaden Warmwasser
-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
-
- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
-
- Notizen
-
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-
- Abkuumlrzungsverzeichnis
- Impressum
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort Maria Vassilakou
- 1 Energieeinsatz zur Warmwasserbereitung
-
- 11 Hintergrund
- 12 Status Quo Wien
-
- 2 Schluszligfolgerungen und Empfehlungen
-
- Begriffsdefinitionen
- Ansatzpunkte fuumlr Energieeffizienzsteigerungen
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- 3 Arten der Warmwasserversorgung im Wohnbau
-
- 31 Systemdimensionierung
- 32 Systemarten
- 33 Uumlbersicht Verteilsysteme
-
- 4 Ansatzpunkte Energieeffizienz
-
- 41 Definition Energieeffizienz
- 42 Gesamtsystemanalyse ndash Was ist das bdquobeste Systemldquo
- 43 Effizienzverbesserungen Waumlrmeverteilung
- 44 Effizienzverbesserungen bei Speichern
- 45 Effizienzverbesserungen Waumlrmenutzung
- 46 Effizienzverbesserungen Waumlrmeerzeugung
-
- 5 Anhang
-
- 51 Ausgewaumlhlte rechtliche Regelungen und Normenverzeichnis
- 52 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
- 53 Literatur
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- Notizen
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