Speicher-Trinkwassererwärmer halten jederzeit eine große Menge an erwärmtem Trinkwasser vor, um es bei Bedarf dem Verbraucher an der Entnahmestelle zur Verfügung zu stellen. Die Speicher werden dabei so ausgelegt, dass der mögliche Spitzenbedarf an erwärmtem Trinkwasser verfügbar ist. Das gesamte vorgehaltene Wasservolumen wird täglich jedoch nur für ein kurzes Zeitintervall benötigt – wenn überhaupt. Dies hat zur Folge, dass die Aufenthaltszeit des erwärmten Trinkwassers mitunter sehr lang ist. Untersuchungen haben gezeigt, dass durchschnittliche Aufenthaltszeiten von 12 bis 24 Std. in mittelgroßen und großen Objekten üblich sind. Ist die Anlage zur Trinkwassererwärmung überdimensioniert, kann die Aufenthaltszeit des erwärmten Trinkwassers im Speicher durchaus mehrere Tage betragen. Um eine hohe Trinkwasserqualität an der Entnahmearmatur zur Verfügung zu stellen, sind aus hygienischer Sicht jedoch geringe Aufenthaltszeiten des Trinkwassers im Gebäude anzustreben. Da während der gesamten Nutzungsdauer eines Gebäudes der Trinkwasserbedarf stark schwanken kann, ist dieses Ziel nicht immer einfach zu realisieren. Ergeben sich darüber hinaus, z.B. aufgrund mangelnder Wartung, schlammähnliche Ablagerungen im Speicher in Kombination mit einer Temperaturschichtung und Temperaturen unter 55°C, treten hygienisch sehr bedenkliche Situationen ein.
Die Speicherung von großen Mengen warmen Trinkwassers ist für die Sicherstellung der Hygiene im Sinne der Trinkwasserverordnung deshalb nicht mehr zielführend. Die neue DIN 1988-200 fordert aus diesem Grund, dass die zur Trinkwassererwärmung notwendige Energiespeicherung nicht im Trinkwasser, sondern auf der Heizungsseite (Pufferspeicher, Latentwärmespeicher) erfolgen sollte.

Schlankere Systeme im Vorteil

In mittelgroßen und großen Liegenschaften ist die Einhaltung der Trinkwasserhygiene oberstes Ziel. Hygieniker vertreten die Auffassung, dass sich dieses Ziel u.a. nur durch ein schlankes und bedarfsgerecht dimensioniertes Trinkwassersystem realisieren lässt. Natürlich ist hierbei auch die Trinkwassererwärmungsanlage zu berücksichtigen. Daher ist anzustreben, dass Trinkwasser immer genau dann erwärmt wird, wenn es vom Verbraucher an der Entnahmestelle benötigt wird. Eine Möglichkeit ist, zentrale Trinkwassererwärmungssysteme einzusetzen, die nach dem Durchflussprinzip arbeiten. Ein Beispiel dafür ist das „Kemper ThermoSystem KTS“: Werden eine oder mehrere Entnahmestellen für Warmwasser geöffnet, wird durch einen Plattenwärmeübertrager im Durchfluss jeweils die benötigte Trinkwassermenge erwärmt. In Abhängigkeit zum Volumenstrom am Trinkwassereintritt (PWC) steuert eine lernfähige Regelungseinheit die Pumpe auf der Primärseite mit einem Sollwert aus einer zuvor selbst entwickelten Prognose über den Prozessverlauf an. Weiterhin überwacht die Regelung über integrierte Sensorik die PWH-Temperatur am Austritt des Trinkwassererwärmers. Die Leistungsregelung der Pumpe liegt im Bereich von nahezu 0 bis 100%und wird durch eine Impulspaketsteuerung realisiert.

Anschluss des Energiespeichers

Um im Durchlauf bedarfsgerecht das Trinkwasser zu erwärmen, muss ausreichend Energie auf der Primärseite zur Verfügung stehen. In der Regel verfügt die Wärmequelle über keine ausreichende Leistung, um kurzfristig für die benötigte Energie zu sorgen. Deshalb kommen hier Pufferspeicher zum Einsatz. Sie dienen in erster Linie als Energiespeicher, aber auch als hydraulische Weiche.
Aufgrund des Dichteunterschieds des Wassers bildet sich im Pufferspeicher eine Temperaturschichtung. Diese ist hier hygienisch unbedenklich, da die Speicherung getrennt vom Trinkwassersystem nur auf der Heizungsseite erfolgt. Aus ener­getischer Sicht ist die Ausbildung einer Temperaturschichtung ausdrücklich erwünscht. Denn, je niedriger die Rücklauftemperatur zur angeschlossenen Wärmequelle ist, desto höher ist deren Wirkungsgrad. Dieses auch als „LowEx“-System bezeichnete Prinzip ist beim Einsatz von Erneuerbaren Energien zur Versorgung des Pufferspeichers besonders wichtig. Ziel ist es also, der Primärseite möglichst hoch temperierte Schichten und dem Rücklauf zur Wärmequelle möglichst niedrig temperierte Schichten zur Verfügung zu stellen.
Um die Temperaturschichtung nicht ungewollt zu zerstören (Durchmischen), muss beim Pufferspeicher auf der Heizungsseite – anders als beim Trinkwasserspeicher – die Be- und Entladung turbulenz- und verwirbelungsarm erfolgen. Dies kann erreicht werden, indem im Heizwasser-Rücklauf ein 3-Wege-Umschaltventil installiert wird. So ist eine temperaturabhängige Einschichtung des Rücklauf-Heizwassers in verschiedene Zonen des Pufferspeichers möglich.
Beispiel: Die Heizwasser-Rücklauftemperatur differiert erheblich in Abhängigkeit zur jeweiligen Betriebssituation. Befindet sich beispielsweise die Anlage im Zirkulationsbetrieb, so müssen nur die Zirkulationswärmeverluste ausgeglichen werden. Hingegen wird bei einer Warmwasser­entnahme kaltes Trinkwasser mit einer Temperatur von rund 10°C auf eine Wassertemperatur (PWH) von 60°C erhitzt. Das Rücklaufwasser kühlt hierbei bis auf eine Temperatur von ca. 28°C aus. Um hierbei eine ungewollte Durchmischung des Heizungswassers im Pufferspeicher bestmöglich zu verhindern, muss das Rücklaufwasser aus dem Zirkulationsbetrieb im mittleren Bereich des Pufferspeichers eingeschichtet werden. Das deutlich kühlere Rücklaufwasser bei Entnahmebetrieb wird über das 3-Wege-Ventil hingegen in den unteren Bereich des Pufferspeichers eingeschichtet.

Kaskadenschaltung – Lösung für das Großobjekt

Um den gleichzeitigen Bedarf von hohen Entnahmevolumenströmen abdecken zu können, besteht die Möglichkeit, Durchfluss-Trinkwassererwärmer zu einer Kaskade zusammenzuschalten. So kann ein wesentlich höherer Entnahmevolumenstrom sichergestellt werden. In längeren Zirkulationsbetriebsphasen entstehen jedoch Stagnationsbereiche bei den nicht aktiven Geräten. Um die Hygiene dennoch zu gewährleisten, sollte eine Regelung eingesetzt werden, die ein abwechselndes An- und Abschalten der Trinkwassererwärmer ermöglicht. Durch diesen permanenten Wechsel im Zirkulationsbetrieb werden alle Module regelmäßig durchströmt.

Nachgefragt

IKZ-HAUSTECHNIK: In Verbindung mit dem ThermoSystem KTS beschreiben Sie eine lernfähige Regelungseinheit, die aus einer selbst entwickelten Prognose über den Prozessverlauf die Pumpen ansteuert. Was genau hat man sich darunter vorzustellen?
Dipl. Ing. Ulrich Petzolt: Stellen sie sich ein Durchfluss-Trinkwasser-Erwärmungssystem vor, welches zunächst eine kleine Warmwassermenge bereitstellt und plötzlich größere Warmwassermengen für beispielsweise mehrere Duschen abgeben soll. Die Pumpe wird von der Regelung auf eine höhere Drehzahl gebracht, um die notwendige Wärmeübertragung zwischen Heiz- und Trinkwasser gewährleisten zu können. Die hier entstehenden Leistungsdaten werden im Datenspeicher abgelegt. Die gespeicherten Daten vergleicht die Regelung mit neuen Lastfällen und lernt daraus. Nach einer gewissen Zeit wird dadurch der Primärkreis sehr energieeffizient mit genau der notwendigen Pumpenleistung und genau dem erforderlichen Volumenstrom geregelt.
IKZ-HAUSTECHNIK: Laut Ihrer Aussage liegt die Leistungsregelung der Pumpe zwischen nahezu 0 bis 100%. Ist das richtig?
Dipl. Ing. Ulrich Petzolt: Ja, eine Besonderheit der eingesetzten Pumpe liegt darin, dass sie mit sehr geringem Einschaltstrom angefahren wird. Damit ist sie prozentgenau in der Lage zwischen 0 und 100% Leistung den erforderlichen Volumenstrom zu liefern. So wird die Pumpe geschont und der mechanische Verschleiß verringert.
IKZ-HAUSTECHNIK: Kalkauswurf bei hohen Wassertemperaturen machen nicht nur Kessel und Speicher zu schaffen, sondern auch dem Plattenwärmeübertrager. Wie steht es hier um die Kalkresistenz bei hartem Wasser? Wie häufig muss ggf. gereinigt werden?
Dipl. Ing. Ulrich Petzolt: Hartes Wasser stellt immer ein Problem dar. Gerade oberhalb von 60°C spielt sich das Thema Kalkausfällung in stärkerem Maße an den Oberflächen ab. Physik und Chemie machen dementsprechend auch vor unseren Plattenwärmeübertragern kein Halt. Konstruktiv wirken wir durch eine patentierte Schrägstellung des Plattenwärmeübertragers Kalkablagerungen entgegen. Sie hat den Effekt, dass sich die höher temperierten Bereiche im Plattenwärmeübertrager schneller abkühlen. So fällt an diesen Stellen weniger Kalk aus. Trotzdem empfehlen wir eine jährliche Wartung der gesamten ThermoBox. Ebenfalls beraten wir unseren Kunden, sich anhand der Trinkwasseranalyse zu informieren, ob gegebenenfalls der Einsatz einer Enthärtung entsprechend der Einsatzbedingungen unserer ThermoBox-Komponenten notwendig ist.
IKZ-HAUSTECHNIK: Welche Arbeiten werden bei einer Wartung ausgeführt und wer übernimmt diese? Der Kundendienst aus dem Hause Kemper oder das Fachhandwerk?
Dipl. Ing. Ulrich Petzolt: Wir empfehlen in den Hersteller-Begleitunterlagen die Wartung nach DIN EN 806-5 jährlich durchzuführen. Die Maßnahmen beschränken sich zunächst auf die Funktions- und Leistungsprüfungen der ThermoBox, speziell auf die des Plattenwärmeübertragers. In diesem Zuge werden auch die Funktionen der Trinkwasserkomponenten überprüft. Diese Tätigkeiten können vom technisch eingewiesenen Fachinstallateur übernommen werden, ebenso wie die Behebung von kleineren Funktionsstörungen. Werden darüber hinausgehende Maßnahmen notwendig, beispielsweise der Austausch oder die Programmierung von elektronischen Bauteilen, sind diese vom Kemper-Service durchzuführen.
IKZ-HAUSTECHNIK: Eine letzte Frage: Bietet Kemper Planungsunterstützung oder Tools an, die den Fachhandwerkern die Auslegung des Thermosystems erleichtern?
Dipl. Ing. Ulrich Petzolt: Ja, der Kunde findet über den Außendienst oder die Homepage im Bereich KTS zu einem vorbereiteten Erfassungsbogen. Hiermit hat er die Möglichkeit, seine Eckdaten zur Trinkwasser­erwärmung zu übermitteln. Bei Vorliegen aller Daten erhält er nach kurzer Zeit ein entsprechendes Trinkwassererwärmungssystem angeboten, abgestimmt auf den genauen Wärmebedarf der Installation.

Autor: Dipl. Ing. Ulrich Petzolt

Bilder: Kemper

www.kemper-olpe.de