Vorteile zentraler und dezentraler Trinkwassererwärmung ohne Speicher-Wassererwärmer

Trinkwasser ist ein Lebensmittel. Deshalb unterliegt die Bereitstellung im öffentlichen Versorgungsnetz strengen Kontrollen, die auch für erwärmtes Trinkwasser gelten. Um Planern und Betreibern Sicherheit bei der Auslegung und dem Betrieb von Trinkwarmwasseranlagen zu geben, wurden vom Gesetzgeber (BVL) sowie Normen- und Verbandsausschüssen (DIN/DVGW) geeignete technische Maßnahmen festgelegt. Dem Hauptrisiko, der Vermehrung von Legionellen im erwärmten Trinkwasser, kann entgegengewirkt werden: Bei zentral und dezentral installierten Speicher-Wassererwärmern sind Temperaturen von 60 Grad Celsius für die Speicherung vorgeschrieben (DVGW W551: Am Warmwasseraustritt des zentralen Trinkwassererwärmers muss bei bestimmungsgemäßem Betrieb eine Temperatur von 60 °C eingehalten werden können). Der benötigte Energieaufwand und die geforderten Temperaturen nehmen im Verhältnis zum Gesamtwärmebedarf weiter zu, während der Raumwärmebedarf moderner und energieeffizienter Gebäude immer weiter reduziert werden kann. Zu einem steigenden Warmwasserbedarf haben höhere Ansprüche an Hygiene und Komfort wie beispielsweise der Einsatz größerer Badewannen und Duschsysteme geführt.

Vermeidung kritischer Betriebsbedingungen 
Maßnahmen für die Vermeidung von Keimbildung in Trinkwarmwasseranlagen werden im Arbeitsblatt W 551 des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW) „Technische Maßnahmen zur Verminderung des Legionellenwachstums“ zusammengefasst. Neben den Betriebstemperaturen werden unter anderem auch folgende Minimalanforderungen festgelegt:

• Trinkwassererwärmung so klein wie möglich auslegen
• Anstreben von kleinen Wasservolumina 
• optimale Fließgeschwindigkeiten 
• gute Durchspülung 
• kurze Leitungslängen

Bei Speicher-Wassererwärmern steigt mit der Menge des gespeicherten Trinkwarmwassers das Risiko, diese Minimalanforderungen nicht einzuhalten. Der Betreiber der Anlage muss nach der Installation auf die Einhaltung der Betriebstemperaturen fokussieren und je nach Risikogruppeneinteilung der Anlage zusammen mit Spezialisten zusätzliche Maßnahmen ausarbeiten. Anlagen, die das Trinkwasser im Durchlaufprinzip erwärmen, können diese Anforderungen wesentlich besser einhalten. Insbesondere bei der dezentralen Installation von Durchfluss-Wassererwärmern werden zusätzlich die geforderten kurzen Leitungslängen bis zur Entnahmestelle realisierbar (DVGW W551 5.2.1: Dezentrale Durchfluss- Trinkwassererwärmer können ohne weitere Maßnahmen verwendet werden, wenn das dem Durchfluss-Trinkwassererwärmer nachgeschaltete Leistungsvolumen 3 Liter nicht überschreitet.

Der Trinkwarmwasserspeicher wird zum Pufferspeicher 
Wo soll die benötigte Energie für die Trinkwassererwärmung gespeichert werden, wenn deren Speicherung im Trinkwasser hygienisch problematisch und mit hohem Betriebsaufwand verbunden ist? Neue Arten der Wärmeerzeugung haben in den letzten Jahren die Entwicklung von Wasser-Wärmespeichern (sogenannte Pufferspeicher) vorangetrieben. Insbesondere Wärmepumpen und Solarthermieanlagen, also Anlagen ohne fossile Brennstoffe, benötigen einen solchen Energiespeicher für den Betrieb. Durch verbesserte Gebäudedämmung haben Wärmepumpen in Verbindung mit Wasser-Wärmespeichern einen hohen Marktanteil und werden zunehmend auch beim Neubau von Mehrfamilienhäusern und in größeren Objekten eingesetzt. So ist es technisch möglich, die benötigte Energie für die Trinkwarmwassererwärmung in diesen Speichertypen bereitzustellen und bei Bedarf über einen Durchfluss-Wassererwärmer abzurufen. Bei der Auslegung sind sowohl die Gebäudeheizlast als auch das Heizwasservolumen für die Trinkwarmwassererwärmung zu berücksichtigen. Weiterhin gleichen Wasser-Wärmespeicher die Differenzen zwischen Wärmeerzeugung und diesem Gesamtwärmebedarf aus und überbrücken Sperrzeiten bei der Wärmeerzeugung mit Wärmepumpen. Die Dimensionierung ist also abhängig vom gewählten Energieträger Gas/Öl/Biomasse und der Leistung des Wärmeerzeugers.

Da neben dem Pufferspeicher noch weitere Temperaturspeicher vorhanden sind, kann dieser entsprechend kleiner dimensioniert werden. Die Berücksichtigung dieser zusätzlichen Speichermassen erfolgt mit Minderungsfaktoren. Wichtig ist auch die Gleichzeitigkeit der Nutzeinheiten im Gebäude untereinander, die sich je nach Gebäudetyp unterscheiden und über Gleichzeitigkeitsfaktoren nach TU Dresden/Redan bestimmt werden (vgl. Grafik „Anzahl Wohneinheiten“). Der so ermittelte Energiebedarf für die Trinkwarmwassererwärmung wird im Wasser-Wärmespeicher zusätzlich zum Heizwärmebedarf berücksichtigt.

Zentrale Trinkwassererwärmung mit Frischwarmwassertechnik
Frischwarmwasserstationen liefern als Bindeglied zwischen Wasser-Wärmespeicher und Entnahmestelle bei Bedarf hygienisches Trinkwarmwasser. Als separate Komponente außerhalb eines Speichersystems bietet die Frischwarmwassertechnik ein breites Spektrum an Einsatzmöglichkeiten von der einzelnen Wohneinheit über Mehrfamilienhäuser bis zu Hotels und Sportstätten. Als Systemvarianten sind sowohl eine zentrale als auch eine dezentrale Trinkwassererwärmung möglich. Bei der zentralen Trinkwassererwärmung versorgt eine in unmittelbarer Nähe dieses „Energiespeichers“ installierte Frischwarmwasserstation die Wohn-/Nutzungseinheiten über eine Warmwasserverteilung. Um einen großen Warmwasserbedarf abzudecken, kann die Frischwarmwassertechnik auch als Kaskadenanlage ausgeführt werden. Verteilung und Zirkulation werden wie bei einer Speicher-Trinkwassererwärmungsanlage ausgeführt und betrieben. Das mögliche Stagnationsvolumen beschränkt sich dabei aber auf den Leitungsinhalt des installierten Verteilnetzes und den Wärmetauscher der Stationen.

Dezentrale Trinkwassererwärmung mit Frischwarmwassertechnik
Die Trinkwassererwärmung verlagert sich bei der dezentralen Variante in die einzelne Wohn- bzw. Nutzungseinheit. Wohnungsübergabestationen mit Frischwarmwassermodul übernehmen hierbei neben der Trinkwassererwärmung auch die individuelle Heizwärmeversorgung. Die Stationen werden über ein Heizungs-Verteilnetz mit der aus dem Wasser-Wärmespeicher bereitgestellten Energie versorgt. Zur trinkwasserseitigen Versorgung der Wohn-/Nutzungseinheiten sind nur Verteil- und Steigleitungen für kaltes Trinkwasser nötig. Die Verlagerung der Trinkwarmwassererwärmung in die Wohnung reduziert die Längen für die benötigten Trinkwarmwasserleitungen erheblich. Daraus ergibt sich ein noch geringeres Stagnationsrisiko als bei zentralen Anlagen. Für diese Art der Installation gilt die geringste Legionellenrisikostufe.

Vermeidung des hygienisch kritischen Stagnationsvolumens im Fokus
Normen und Regelwerke schreiben die minimale Auslegung der gespeicherten Warmwassermenge und deren kontinuierliche Erneuerung vor. Diese trinkwasserhygienischen Anforderungen sind nur umsetzbar, wenn die benötigte Energie für die Warmwasserbereitung nicht im Trinkwasser gespeichert wird. Beide Installationsformen von Frischwarmwasserstationen, zentral oder dezentral, vermeiden das hygienisch kritische Stagnationsvolumen und reduzieren so das Legionellenrisiko auf ein Minimum. Bestehende Technologien rund um den Wasser-Wärmespeicher werden dabei optimal genutzt und der Material- und Wartungsaufwand von Speicher-Wassererwärmern eliminiert. Neue Wärmetauschermaterialien wie z. B. Edelstahllote ermöglichen ein breites Einsatzspektrum für unterschiedliche Trinkwasserzusammensetzungen. So wird auch der Wartungsaufwand auf ein Minimum reduziert. Die Energiespeicherung in Wasser-Wärmespeichern optimiert den Nutzungsgrad von Wärmepumpen und erlaubt speziell bei dezentral installierten Frischwarmwasserstationen den Betrieb mit niedrigeren Systemtemperaturen.