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Ausgewählte Firmen der Warmwasserversorgung
7.4.1 Vorgehen
7.4.1 Vorgehen – 7.4.2 Wärmeenergie – 7.4.3 Wärmeleistungsbedarf für die Wassererwärmung – 7.4.4 Bemessung des Speichervolumens
Grobauslegung in der Vorprojektphase
- Bauherrschaft und Planer legen die Gebäudenutzung und den gewünschten Benutzerkomfort fest.
- Der Nutzwarmwasserbedarf wird auf der Basis der Standardnutzung und der Richtwerte von Bild 7.2 bestimmt.
- Das Volumen, die Anzahl und die Platzierung der Speicher werden grob bestimmt.
- Die Lage der Entnahmestellen im Gebäude wird bestimmt. Daraus ergeben sich die notwendigen Steigzonen für die warm gehaltenen Leitungen und die Platzierung der Verteiler. Aus den Längen der Ausstossleitungen lassen sich nun die Ausstosszeiten berechnen.
Feinplanung in der Bauprojektphase
- Die Grobplanung wird revidiert.
- Die Anschlussleistung des Wärmeerzeugers und das Speichervolumen werden ermittelt (7.4.3, 7.4.4).
- Die erforderliche Energie zur Deckung des Nutzwarmwasserbedarfs und der Verluste wird berechnet. Der Jahresnutzungsgrad von Speicher und Verteilnetz lässt sich nun ermitteln und mit den Anforderungen vergleichen (7.4.2).
7.4.2 Wärmeenergie
7.4.1 Vorgehen – 7.4.2 Wärmeenergie – 7.4.3 Wärmeleistungsbedarf für die Wassererwärmung – 7.4.4 Bemessung des Speichervolumens
Die von der Warmwasserversorgungsanlage täglich benötigte Energie setzt sich zusammen aus:
- der Energie für das Aufheizen der Nutzwarmwasser-Menge und
- der Verlustenergie des Speichers und des Warmwasserverteilsystems.
Die Energie für die Erwärmung des Nutzwarmwassers (a) lässt sich aus den Werten von Bild 7.2 berechnen. Die Ausstossverluste gehören zu (b), entstehen aber ebenfalls aus einem erwärmten Wasservolumen. Die Norm [SIA 385/2] beschreibt die Berechnung der Verlustenergie sowie des Jahresnutzungsgrads. Für gute Anlagen in Wohnbauten beträgt der Jahresnutzungsgrad um 75 %. In überdimensionierten, weit verzweigten, älteren Anlagen liegt dieser Nutzungsgrad oft deutlich unter 50 %.
7.4.3 Wärmeleistungsbedarf für die Wassererwärmung
7.4.1 Vorgehen – 7.4.2 Wärmeenergie – 7.4.3 Wärmeleistungsbedarf für die Wassererwärmung – 7.4.4 Bemessung des Speichervolumens
Der Wärmeleistungsbedarf eines Durchflusswassererwärmers ist extrem hoch und wird für das momentane Aufheizen des Spitzenvolumenstroms benötigt. Dies ist auch der Grund, weshalb in der Schweiz elektrische Durchflusswassererwärmer von den Elektrizitätswerken nur bis 2000 W (10 A) zugelassen sind. Bei sogenannten Frischwassermodulen wird das Warmwasser zwar momentan in einem grossflächigen Wärmeübertrager erwärmt, die Leistungsspitze wird jedoch durch ein Heizwasser-Speichervolumen abgedeckt. Die effektiv benötigte Wärmeleistung berechnet sich dann analog zu Speicherwassererwärmern.
Bei einem Speicherwassererwärmer ist der Wärmeleistungsbedarf relativ gering. Die benötigte Leistung des Wärmeerzeugers ergibt sich aus der täglich benötigten Energie (7.4.2) und der verfügbaren Aufheizzeit. Letztere beträgt in der Regel 24 h/d, bei Wärmepumpen mit Sperrzeiten entsprechend weniger.
In grösseren Gebäuden werden oft Speicher eingesetzt mit einem Volumen von etwa einem Drittel des Tagesbedarfs. Da der WW-Bedarf in der Spitzenstunde kaum mehr als 10 % des Tagesbedarfs beträgt, sind deswegen keine grösseren Leistungen nötig. Die Norm [SIA 384/1] gibt folgende Richtwerte (bezogen auf die Energiebezugsfläche): MFH 3 W/m2, EFH 2 W/m2, Verwaltung 1 W/m2.
Der Wärmeübertrager sollte so grosszügig bemessen werden, dass die minimale Wärmeerzeuger-Leistung im Dauerbetrieb übertragen werden kann. Bei kleinen Wärmepumpen ist das im Sommer eine harte Forderung. Auch bei Sonnenkollektoranlagen sind grosse Wärmeübertrager wichtig, um gute Kollektorwirkungsgrade zu erhalten.
7.4.4 Bemessung des Speichervolumens
7.4.1 Vorgehen – 7.4.2 Wärmeenergie – 7.4.3 Wärmeleistungsbedarf für die Wassererwärmung – 7.4.4 Bemessung des Speichervolumens
Für die Festlegung des Speichervolumens und der Leistung für die Speicherladung sind folgende Grundlagen wichtig:
Wärmeerzeugung
- Verfügbarkeit (Sperrzeiten? Gleichzeitiger Bedarf für Raumheizung?)
- Mindestlaufzeit und Mindestleistung bei reinem Speicherladebetrieb
- Maximal mögliche Vorlauftemperatur (Wärmepumpen)
- Maximal zulässige Rücklauftemperatur (Fernwärme)
Warmwasserversorgung
- Grösster Stundenwert des Warmwasserverbrauchs, Tagesverlauf
- Abmessungen des Speichers und der Einbringungöffnungen
Tagesverlauf
Auf diesen Grundlagen kann mit einem Säulen- und Summenhäufigkeitsdiagramm des Warmwasserbedarfs (inkl. Ausstossvolumen) das Speichervolumen und die benötigte Wärmeerzeugerleistung ermittelt werden (Bild 7.6). Die Säulen zeigen die Stundenwerte des Warmwasserbedarfs, während die gestrichelte Linie die Summe dieser Stundenwerte ab 0 Uhr darstellt. Der Ladekurve ist Zeitpunkt und Menge des Wärmebezugs vom Wärmeerzeuger (1 Normliter entspricht 0,058 kWh) zu entnehmen. Die Annahme ist, der Speicher sei um 0 Uhr halb voll. Der Einschaltbefehl für die Speicherladung erfolge durch den oberen Speicherthermostaten, wenn der Wärmeinhalt auf 400 Normliter abgesunken ist. Der Ausschaltbefehl erfolge, wenn der Speicher voll ist durch den Thermostaten ganz unten. Der senkrechte Abstand zwischen Ladekurve und Summenhäufigkeitskurve stellt den aktuellen Wärmeinhalt des Speichers dar. Die vom Wärmeerzeuger bezogene Leistung entspricht der Steigung der Ladekurve.
Bild 7.6 Beispiel eines Säulen- und Summenhäufigkeitsdiagramms für ein Gebäude mit einem Warmwasserbedarf (inkl. Ausstossvolumen) von 3000 Normliter pro Tag und einem Speicherinhalt von 1000 Liter