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Beitrag von Daniel Rommler, Referent am Schweizer Planertag, Oventrop (Schweiz) GmbH
In den letzten Jahren hat in der Schweiz die Zahl der Wärmepumpen für die Beheizung der Häuser und die Warmwassererzeugung deutlich zugenommen. Gleichzeitig konnte in diesem Zeitraum ein landesweiter Anstieg von Legionellenerkrankungen festgestellt werden. Der Verdacht liegt nahe, dass zwischen diesen beiden Phänomenen ein Zusammenhang besteht.
Durch die Umstellung auf eine dezentrale Warmwasserversorgung kann dieser Problematik begegnet werden. Architekten in der Schweiz sind gefordert, diese neue Technik in ihrer Konzeptplanung zu berücksichtigen.
Bund und Kantone favorisieren über ihre Förderprogramme Wärmepumpen als Heizsysteme. Marktübliche Wärmepumpen für Ein- und Mehrfamilienhäuser stossen bei ca. 60 °C an ihre Grenze, was die Energieeffizienz anbelangt. Liefert die Wärmepumpe 60 °C, kommen im Trinkwasserspeicher schlussendlich nur noch 55 bis 58 °C an, da beim Transport in der Leitung Wärme verloren geht. In einem herkömmlichen Trinkwarmwasserspeicher kann somit die aus hygienischen Gründen empfohlene Temperatur nicht durch die Wärmepumpe allein erzeugt werden.
Die Schweiz verzeichnete in den letzten Jahren einen starken Anstieg an Legionelleninfektionen. Ein Zusammenhang mit den Energieeffizienzforderungen liegt dabei nahe. Legionellen vermehren sich am schnellsten im Temperaturbereich zwischen 25 und 45 °C. Für eine thermische Desinfektion muss das Warmwasser über 60 °C erhitzt werden, wofür mit Elektroheiz-Einsätzen temporär die Trinkwarmwassertemperatur im System erhöht wird. Dieser Prozess vernichtet aber nicht nur Legionellen, sondern insbesondere auch Energie.
Problematische Warmwasserspeicherung
Mit der herkömmlichen Technik wird das Trinkwarmwasser in grossen Mengen in «Boilern» bevorratet (gespeichert) und über sternverlegte Leitungen zu den Zapfstellen geführt. Dieses Prinzip führt zu einem erheblichen Aufkommen von stehendem Warmwasser, welches die besten Voraussetzungen für die Bildung eines sogenannten Biofilms bietet, gebildet aus Mikroorganismen. In dieser Schicht vermehren sich Legionellen und andere Keime in hoher Geschwindigkeit und können schliesslich in einer gesundheitsschädlichen Konzentration im Trinkwasser vorkommen. Neben dem schonenden Umgang mit Trinkwasser und einer einwandfreien Hygiene (Legionellen) sind heute effiziente Systeme gefragt. Idealerweise wird das Wasser zum gewünschten Zeitpunkt auf die benötigte Temperatur erwärmt, ohne dass ein Vorrat angelegt wird.
Im angrenzenden Ausland hat man sich der Problematik schon vor längerem angenommen und Normen geschaffen, welche eine dezentrale Warmwasserbereitung favorisieren. Warum soll diese Lösung nicht auch in der Schweiz funktionieren? Für einmal nimmt die Schweiz hier keine Vorreiterrolle im Bereich Haustechnik ein.
In der herkömmlichen Technik findet der Wärmetauscherprozess in einem Trinkwasserspeicher statt, wo die Heizenergie des Wärmeerzeugers in das Wasser abgegeben wird. In der dezentralen Bereitung wird durch den Wärmeerzeuger direkt technisches Heizwasser in einem Speicher erzeugt, welches in einem geschlossenen Kreislauf zu den Wohneinheiten gebracht wird. Die Rezirkulation von Trinkwarmwasser sowie Heizbänder erübrigen sich, denn der Wärmetauscherprozess wird in die Wohneinheit und damit nahe an die Zapfstellen verlagert.
Energieverluste, die durch die Rezirkulation des Warmwassers (oder durch den Einsatz von Heizbändern) entstehen, können mit diesem System verringert werden. Nichtsdestotrotz findet natürlich nach wie vor der Wärmetauscher-Prozess für die Erhitzung des Wassers statt, er verlagert sich lediglich. Die neue Technologie birgt zudem weiteres Energiesparpotenzial: Da das Wasser nicht mehr für die Legionellenprävention über 60 °C erwärmt werden muss, reicht eine Zapftemperatur von 45 °C aus. Dazu genügt in effizienten Wohnungsstationen eine Heizwasser-Speichertemperatur von 50 °C. In diesem Punkt hinkt die aktuelle SIA-Norm 385 für den Warmwasserbedarf aber den technischen Möglichkeiten noch hinterher und schlägt eine Entnahmetemperatur von 50 °C vor.
Sollte am Spülbecken in der Küche eine höhere Zapftemperatur gewünscht sein, kann das Wasser mit einem Kleindurchlauferhitzer von 45 °C auf die gewünschte Temperatur erhöht werden.
Einfaches Beispiel-Schema einer Installation mit Wohnungsstationen
Platten-Wärmetauscher vollversiegelt zum Schutz vor Kalkansatz und Korrosion
Die Installation im Gebäude
Der Einsatz einer dezentralen Warmwasserbereitung erfordert einige Anpassungen im Bereich der Hausinstallationen. Anstelle eines Trinkwarmwasserspeichers kommt ein technischer Heizwasserspeicher zum Einsatz. Dessen Volumen kann – je nach Leistung der Wärmepumpe – etwas kleiner ausfallen, wenn schnell Heizwasser produziert werden kann. Sowohl die thermische Desinfektion als auch eine Trinkwarmwasser-Rezirkulation und die Warmwasser-Verteilleitungen zu den Wohneinheiten entfallen. Eine Ausnahme bilden Systeme mit zwei getrennten, unterschiedlich hoch beheizten Speichern für die Heizung und das Warmwasser. In diesem Fall ändert sich an der Leitungsführung zu den Wohneinheiten nichts gegenüber einer konventionellen Installation.
Pro Wohneinheit wird in der Wohnung (oder vom Flur abschliessbar zugänglich) eine Wohnungsstation eingebaut. Die Wohnungsstation dient der Warmwasserbereitung und -verteilung sowie der Wohnungsbeheizung. Bei einer Zapfung von Warmwasser wird dabei die Heizung kurzfristig unterbrochen (Vorrangschaltung für Trinkwarmwasser). Die Station soll so in der Wohnung positioniert werden, dass möglichst kurze Leitungen zu den Zapfstellen führen und so die geforderten kurzen Ausstosszeiten erreicht werden. Die Trinkwasserleitungen in der Wohneinheit werden zur Vermeidung von Stagnation mit Vorteil als Ringleitung verlegt und nicht als Sternleitung.
Die Planung einer dezentralen Warmwasserbereitung
Wichtig ist, dass bei der Planung durch den Architekten die Grundkonzeption der Haustechnik bereits richtig eingeplant wird, damit sich hinterher keine Einschränkungen in diesem Bereich ergeben.
So sollen z. B. die Nasszellen, oder besser die «Zapfstellen», möglichst nah beieinander liegen. Eine Wohnungsstation braucht (wenig) Platz, welcher nicht zwingend direkt an der Steigzone des Gebäudes liegen muss. Getrennte Steigzonen für Kaltwasser und Heizungsvor- und -rücklauf sind deshalb kein Problem für Wohnungsstationen. Wichtig ist es, dass die Wohnungsstation zentral zwischen die Zapfstellen zu liegen kommt, um die Menge an Stagnationswasser in den Leitungen zu reduzieren und kurze Ausstosszeiten zu gewährleisten.
Elektronisch geregelte Wohnungsstation zur Versorgung einzelner Wohnungen mit Wärme sowie mit
kaltem und warmem Trinkwasser.
Investitionskosten und Nutzen
Da eine dezentrale Wasseraufbereitung eine Vielzahl an Wärmetauschern voraussetzt, muss gegenüber einer herkömmlichen Warmwasserbereitung mit wenig Mehrkosten für den Einbau gerechnet werden. Bei einem Gebäudeneubau fallen diese Mehraufwendungen jedoch kaum ins Gewicht. Der Nutzen einer solchen Installation liegt auf der Hand: Die Gefahr einer Kontamination des Trinkwassers durch Biofilme in Speicher und Leitungen ist sehr gering. Eine Trinkwarmwasser-Rezirkulation resp. Heizbänder sind nicht notwendig, ebenso entfällt die Notwendigkeit einer thermischen Desinfektion.
Die Betriebssicherheit verbessert sich, da an einer Wohnungsstation Servicearbeiten vorgenommen werden können ohne die anderen Wohnungen zu beeinträchtigen. Durch die tieferen Speichertemperaturen können Energiekosten eingespart werden. Da die Warmwassererzeugung direkt in der Wohnung stattfindet, kann die Verantwortung für die Trinkwasserqualität an die Bewohner übertragen werden.