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Gut zu wissen
09.02.2018 - Ausgabe: 02-2018

Trinkwassererwärmung mit Frischwarmwassertechnologie – Fragen und Antworten


Die Frischwarmwassertechnologie und ihre Umsetzung in die Anlagenplanung sind für einige Branchenakteure noch neu und werfen deshalb Fragen auf. Zu dieser Art der Trinkwassererwärmung kommen im 3. Teil der Serie zur Frischwarmwassertechnologie Branchenfachleute und Experten zu Wort, die sich mit der Anwendung dieser Technologie bereits eingehend befasst haben oder aus der Planungspraxis berichten können.

Frischwarmwasserstationen liefern als Bindeglied zwischen Wasser-Wärmespeicher und Entnahmestelle hygienisches Trinkwarmwasser, das nach Bedarf bereitgestellt wird. Die Technik dafür bietet 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.

Der Einsatz von Frischwarmwassertechnologie erfordert ein Umdenken bei der Herangehensweise an die Planung – und wirft daher bei den verantwortlichen Fachleuten Fragen auf. Einfach? Kompliziert? Hygienisch? Mit welcher Heizenergie? Unterschiede bei Neubau und Sanierung? Wirtschaftlichkeit? Betriebssicherheit und Wartungsaufwand? Mit diesen und weiteren Fragestellungen haben sich die Branchenexperten Prof. Reto von Euw, Hochschule Luzern, Achille Christoffel, Enavant AG, Marc Bätschmann, Geschäftsführer BS2 AG, sowie Christoph Ernst, Meier Tobler AG, befasst und für diesen Fachbeitrag Antworten zur Verfügung gestellt:

Systemfragen

Welche Arten der Wärmeerzeugung eignen sich besonders für Frischwarmwassertechnik, und welche Energieformen sind weniger geeignet?

Prof. Reto von Euw (RvE): Jede Art von Wärmeerzeugung ist geeignet, um den Wärmespeicher für den Betrieb einer Frischwarmwasserstation zu laden. Jedoch gilt es, eine Warmwassertemperatur von mindestens 55 °C am Austritt des Wärmeübertrags einzuhalten, wenn kein anderes zulässiges Desinfektionsverfahren (z. B. anhand des BAG-Berichts «Legionellen und Legionellose») gewählt wurde. Somit sollte eine Temperatur mit dem Wärmeerzeuger von 60°C erreicht werden können.

Achille Christoffel (AC): Prinzipiell kann Frischwarmwassertechnik mit sämtlichen Energiearten kombiniert werden. Wichtig ist hierbei, dass der Wärmespeicher passend dimensioniert wird, wobei mitberücksichtigt werden muss, welche Wärmeabnehmer neben der Trinkwassererwärmung über den Pufferspeicher zu versorgen sind.

Christoph Ernst (CE): Grundsätzlich ist der Einsatz von Frischwarmwasserstationen mit allen Wärmeerzeugungsarten möglich. Bedingt durch den geringen Wasserinhalt der Station kann diese auch durch eine Wärmepumpe bedient werden, die maximal 60°C Vorlauftemperatur bereitstellt.

«Grundsätzlich ist der Einsatz von Frischwarmwasserstationen mit allen Wärmeerzeugungsarten möglich. Bedingt durch den geringen Wasserinhalt der Station kann diese auch durch eine Wärmepumpe bedient werden, die maximal 60°C Vorlauftemperatur bereitstellt.»

Ist die Frischwarmwassertechnik in Bezug auf Trinkwasserhygiene anderen Arten der Trinkwassererwärmung überlegen?

RvE: Der Vorteil von Frischwarmwasserstationen ist, dass durch ihren geringen Wasserinhalt ein schneller Wasseraustausch erfolgt und insgesamt nur ein geringes Trinkwasservolumen gespeichert wird. Als kritisch ist jedoch zu bewerten, wenn in der gesamten Warmwasserversorgungsanlage Langzeitstagnation und kritische Temperaturbereiche herrschen oder ungeeignete Leitungs- und Dichtungsmaterialien verwendet wurden. Unter diesen Bedingungen kann es auch mit Frischwarmwassertechnik zu einer Verkeimung oder zur Entstehung von Biofilmen kommen. Somit ist auch beim Einsatz von Frischwarmwasserstation eine Langzeitstagnation zu vermeiden, auch sind die in der SIA 385/1 vorgesehenen Temperaturen zu berücksichtigen.

«Als kritisch bei Frischwarmwasserstationen ist zu bewerten, wenn in der gesamten Warmwasserversorgungsanlage Langzeitstagnation und kritische Temperaturbereiche herrschen oder ungeeignete Leitungs- und Dichtungsmaterialien verwendet wurden.»

Marc Bätschmann (MB): Frischwarmwassertechnik wird in den von uns konzipierten Anlagensystemen in Verbindung mit Wärmepumpen eingesetzt. Diese Technologie ermöglicht in allen Fällen eine hygienische Trinkwassererwärmung – auch bei vergleichsweise niedrigeren Warmwassertemperaturen, weil kein erwärmtes Trinkwasser bevorratet wird.

Welche der beiden Varianten, zentrale oder dezentrale Trinkwassererwärmung, kann als die wirtschaftlichere Lösung betrachtet werden?

RvE: Um die Wirtschaftlichkeit der beiden Varianten beurteilen zu können, wäre eine genaue Gegenüberstellung erforderlich. Tendenziell sollte aus meiner Sicht die zentrale Anordnung einer Frischwarmwasserstation vorgezogen werden. Eine dezentrale Anordnung kann tendenziell zu grossen primärseitigen Leitungsdimensionen führen. Dadurch muss auch ein grosses Heizwasservolumen durchgehend umgewälzt werden. Dies kann folglich zu hohen Rücklauftemperaturen, schlechter Ausnutzung des Wärmespeichers und insgesamt zu einem ineffizienten Anlagenbetrieb führen.

«Tendenziell sollte aus meiner Sicht die zentrale Anordnung einer Frischwarmwasserstation vorgezogen werden.»

AC: Die Wirtschaftlichkeit von zentral oder dezentral eingesetzter Frischwarmwassertechnik muss je nach Objektart differenziert betrachtet werden. Hier spielen nach der Erfahrung zunächst die gebäude- und anlagenseitigen Faktoren eine massgebende Rolle: die Art der Wärmeerzeugung, die Nutzungsart des Gebäudes, die Struktur der Verteilung und die Länge der Fliesswege. Dazu ist in der Planung noch massgebend, welche Ausstosszeiten vertretbar oder gefordert sind. Im Wohnungsbau ist oftmals die Verbrauchserfassung ein mitentscheidendes Kriterium: Beim Einsatz von dezentralen Frischwarmwasserstationen wird der Warmwasserverbrauch einschliesslich der dazu nötigen Energie über die Zähler für Kaltwasser und Wärme miterfasst, was für die Gebäudeverwaltungen die Verbrauchsabrechnung vereinfacht.

MB: Am Beispiel einer Überbauung mit mehreren Mehrfamilienhäusern besteht bei unseren Energiekonzepten die Wärme- und Warmwasserversorgung aus einer Heizzentrale mit zentraler Wärmeverteilung und zentralen Frischwarmwasserstationen. Im Anwendungsbereich Mehrfamilienhäuser können dezentrale Frischwarmwasserstationen zusätzliche hygienische Vorteile bieten, je nach Anlagenkonstellation können dafür aber die Investitionskosten höher sein.

CE: Ein Vorteil von dezentralen Frischwarmwasserstationen ist die
Nähe zu den Entnahmestellen. Dadurch können die nach SIA geforderten Ausstosszeiten einfacher eingehalten werden. Trotz dieses Vorteils hat die dezentrale Lösung in der Schweiz derzeit noch einen schwierigen Stand. Eine Warmwasserversorgung mit dezentralen Frischwarmwasserstationen wird oft dann bevorzugt, wenn die wohnungsweise Verbrauchserfassung vereinfacht werden soll, was dann aber auch eine Frage der Investitionskosten ist.

Wonach sind die bereitzustellenden Wärmeleistungen auf der Primärseite – Bevorratung der Wärmeenergie – zu bemessen?

RvE: Bei beiden Varianten ist jeweils die Energiebilanzierung massgebend, welche Menge an Wärmeenergie für die bereitzustellende Warmwassermenge benötigt wird. Die Grösse des Speichers bemisst sich nach den Vorgaben der SIA 385/2. Eine massgebende Grösse für die Auslegung einer Frischwarmwasserstation ist die grösste zu erwartende Warmwasser-Verbrauchsspitze (Spitzenvolumenstrom). Zur Bestimmung dieser Grösse existiert in der Schweiz noch kein Regelwerk. Hierzu stützt man sich am besten auf Erfahrungen, verfügbare Verbrauchswerte oder auf die Planungshilfen von Lieferanten.

AC: Die Speichergrösse richtet sich neben dem Warmwasserbedarf auch nach dem primärseitigen Temperaturniveau. Dies hängt aber auch davon ab, wie gross der Wärmespeicher bemessen werden kann – nicht immer ist auch der nötige Platz dafür vorhanden. Ein Planungskriterium ist auch, wie häufig der Wärmespeicher geladen werden kann oder soll.

Technische Fragen

Muss das Trinkwasser beim Einsatz von Frischwarmwassertechnik gemäss den geltenden Vorschriften zur Vermeidung des Legionellenrisikos auf mindestens60°C erwärmt werden oder darf die Trinkwassererwärmungsanlage abweichend von SIA 385/1 und 2 auch mit niedrigeren Temperaturen (z. B. 50°C) betrieben werden?

RvE: Die SIA 385/1:2011 wird derzeit überarbeitet. Die Entwurfsversion 2017 empfiehlt Folgendes:
– Wird das Warmwasservolumen mehrmals täglich ersetzt, können beim Speicheraustritt respektive am Austritt der Frischwarmwasserstation 55°C berücksichtigt werden.
– Wird das Warmwasservolumen (Volumen im Speicher und in warmgehaltenen Leitungen) nicht täglich mehrmals erneuert, sollte beim Speicheraustritt respektive am Austritt der Frischwarmwasserstation eine Temperatur von 60°C eingehalten werden.
– Können diese Empfehlungen der SIA nicht eingehalten werden, so ist ein vom Bundesamt für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen (BVL) zugelassenes Desinfektionsverfahren zu planen.

Im Zuge der SIA-Überarbeitung sind auch die geforderten Temperaturen in der Diskussion.

AC: Allgemein kann gesagt werden, dass die Trinkwasserhygiene mit Frischwarmwassertechnologie einfacher zu beherrschen ist. Im Wohnungsbau ist die hygienische Trinkwassererwärmung sowohl mit Frischwarmwassertechnik als auch mit Speicher-Wassererwärmung gegeben, wenn die geforderten Temperaturen eingehalten werden. Eine höhere hygienische Sicherheit bietet Frischwarmwassertechnik in Anlagen mit unregelmässigem Warmwasserverbrauch oder zeitweisen Nutzungsunterbrechungen. Generell haben aber auch das Warmwasser-Leitungsnetz und die Verweildauer einen erheblichen Einfluss auf die Trinkwasserhygiene. Hierbei sind vor allem die Stockwerksinstallationen mit unzureichendem Austausch des Leitungsinhaltes kritisch zu bewerten.

CE: Die geforderten Massnahmen gegen Legionellenvermehrung haben mit Frischwarmwassertechnik im Grunde wenig zu tun. Die allgemeine Problemstellung bei jeder Art von Trinkwassererwärmung ist, dass kein Nutzer mit 60°C heissem Wasser duscht, aber diese Zapftemperatur aus hygienischen Gründen gefordert wird. Mit Frischwarmwasserstationen kann im Gegensatz dazu die Trinkwasserhygiene optimiert werden.

«Allgemein kann gesagt werden, dass die Trinkwasserhygiene mit Frischwarmwassertechnologie einfacher zu beherrschen ist.»

Wie kann das Verkalkungsrisiko bei Plattenwärmetauschern reduziert werden?

RvE: Entscheidend ist die Anordnung der Mediumanschlüsse am Wärmeübertrager der Frischwarmwasserstation. Die «kalten» Mediumtemperaturen (Trinkwasser kalt, Heizungsrücklauf) müssen sich an der oberen Seite des Wärmeübertragers befinden, während die «warmen» Mediumtemperaturen (Trinkwasser warm, Heizungsvorlauf) unten anzuordnen sind. Dies sorgt für eine schnelle Auskühlung des Wärmetauschers, was die Kalkausfällung verhindert.

«Bei kleineren Anlagen ist eine Systemumstellung von Speicher-Wassererwärmung auf Frischwarmwassertechnik erfahrungsgemäss unproblematisch, da im Regelfall der bisherige Speicher-Wassererwärmer durch einen Wasser-Wärmespeicher ersetzt wird.»

AC: Aus der Praxis kann ich über eine Anlage in einer Region berichten, in der das Trinkwasser mit 30°fH aus der öffentlichen Versorgung geliefert wird. Obwohl dort keine Wasserenthärtungsanlage installiert ist, kommt es im Plattenwärmetauscher der Frischwarmwasserstation nicht zu einer Verkalkung. Entscheidend ist hierbei, dass die Anschlüsse am Plattenwärmetauscher herstellerseitig – also konstruktionsbedingt –
so angeordnet sind, dass hohe Stillstandstemperaturen vermieden werden.

CE: Allgemein ist davon auszugehen, dass die Neigung zur Kalkausfällung mit hoher Warmwassertemperatur zunimmt. Dazu sollte unabhängig von der Art der Wassererwärmung grundsätzlich auf der Trinkwasserseite die passende Wasserqualität bereitgestellt werden, bei hohen Härtegraden also eine Wasseraufbereitung vorgesehen werden.

«In unserem Institut für Gebäudetechnik und Energie sind Frischwarmwasserstationen für Laborversuche installiert, die von unseren Studenten durchgeführt werden.»

Praxisfragen

Mit welchem Mehraufwand ist eine Systemumstellung verbunden? 
Oder ist der Sanierungsaufwand im Vergleich zu einer konventionellen Trinkwassererwärmungsanlage als etwa gleichwertig zu betrachten?

RvE: Bei einer zentralen Trinkwassererwärmung kann der Aufwand als gleichwertig betrachtet werden. Bei der Umstellung auf eine dezentrale Trinkwassererwärmung kann dagegen von einem Mehraufwand ausgegangen werden. Für eine Sanierung mit dem Einsatz von dezentralen Frischwarmwasserstationen muss gegebenenfalls auch das gesamte Heizungsverteilsystem angepasst werden, da die primärseitige Leistungsbereitstellung dem Spitzenvolumenstrom der Stationen entsprechen muss.

AC: Bei kleineren Anlagen ist eine Systemumstellung von Speicher-Wassererwärmung auf Frischwarmwassertechnik erfahrungsgemäss unproblematisch, da im Regelfall der bisherige Speicher-Wassererwärmer durch einen Wasser-Wärmespeicher ersetzt wird. Auch bestimmen hierbei die verfügbaren Platzverhältnisse für den benötigten Wärmespeicher über die Einsatzmöglichkeiten.

CE: Die Trinkwassererwärmung mit Frischwarmwasserstationen ist inzwischen für viele Sanierungsobjekte bereits planerseitig in den Ausschreibungen vorgesehen. Bei der Frage nach der Einsatzmöglichkeit für Sanierungen muss auch die bestehende Leitungsanlage mitberücksichtigt werden.

Haben Sie Frischwarmwassertechnologie bereits eingesetzt? Wenn ja, welche Art von Station – Frischwarmwasserstation oder Wohnungsübergabestation – in welcher Art von Gebäude, mit welchem Ergebnis?

RvE: In unserem Institut für Gebäudetechnik und Energie sind Frischwarmwasserstationen für Laborversuche installiert, die von unseren Studenten durchgeführt werden.

AC: Ein aktuelles, von uns geplantes Objektbeispiel ist das Medical Center in Malans, wo eine zentrale Frischwarmwasserstation die Warmwasserzapfstellen in den Arztpraxen versorgt. Die Heizenergie für die Warmwasserbereitung wird von einer Grundwasser-Wärmepumpe in einem Wärmespeicher bereitgestellt. Durch den für die Installation günstigen Gebäudegrundriss konnten für die Warmwasser-Verteilung kurze Leitungswege realisiert werden, sodass die geforderten Ausstosszeiten eingehalten werden können.

MB: Bei unserem ganzheitlich orientierten «Zeleganz»-System für den emissionsfreien Gebäudebetrieb werden Wärmepumpensysteme und Frischwarmwassertechnik eingesetzt. Die Durchfluss-Trinkwassererwärmung erlaubt gemäss SIA 385/2 den Betrieb mit Warmwassertemperaturen unterhalb von 60 °C, sodass der Temperaturhub der Wärmepumpen in einem wirtschaftlichen Rahmen bleibt und damit ein effizienter Betrieb erzielt wird.

CE: Der bisher übliche «Standard-Boiler» bekommt allmählich Konkurrenz durch die Frischwarmwassertechnik – in nahezu allen Gebäuden vom Mehrfamilienhaus bis zum Hotel. Auffallend sind die Nachfrage und die Akzeptanz dieser Technologie für die Warmwasserversorgung von Objekten wie Ferienwohnanlagen, Sportstätten oder Truppenunterkünften – also Anlagen mit hohem Warmwasserbedarf bei hoher Gleichzeitigkeit, aber auch mit zeitweisen Nutzungsunterbrechungen. Bei hohem Warmwasserbedarf werden Frischwarmwasserstationen oft auch aus dem Grund eingesetzt, um die Kosten für einen grossen Edelstahl-Speicherwassererwärmer einzusparen.

«Der bisher übliche ‚Standard-Boiler‘ bekommt allmählich Konkurrenz durch die Frischwarmwassertechnik.»

Ist die Auslegung von Trinkwassererwärmungsanlagen mit Frischwarmwassertechnik aufwendiger und komplizierter?

RvE: Die Energiebilanzierung ist zu den anderen Arten von Trinkwassererwärmungsanlagen identisch – die benötigte Menge an Wärmeenergie bleibt gleich. Deren Auslegung erfolgt nach SIA 385/2. Es existiert jedoch kein geeignetes schweizerisches Regelwerk, das den Spitzenvolumenstrom für Frischwarmwasserstationen definiert. Um diese grösste zu erwartende Verbrauchsspitze definieren zu können, sollte gemeinsam mit der Bauherrschaft eine Nutzungsvereinbarung gemäss der SIA-Dokumentation D0244 mit einem möglichst klaren Nutzungsprofil erstellt werden, um neben der Planungssicherheit auch eine klar definierte Grösse für den Spitzenvolumenstrom definieren zu können.

«Es existiert kein geeignetes schweizerisches Regelwerk, das den Spitzenvolumenstrom für Frischwarmwasserstationen definiert.»

AC: Messdaten von tatsächlichen Verbräuchen sind für die Auslegung sehr wertvoll, da für die Bemessung von Trinkwasser-erwärmungsanlagen mit Frischwarmwassertechnologie noch keine Normen existieren.

MB: Die Auslegung und Dimensionierung einer Trinkwassererwärmungsanlage ist nicht aufwendiger – es erfordert nur eine andere Art der Berechnung. Für die Auslegung werden ausserdem von einigen Herstellern gute Planungshilfen zur Verfügung gestellt. Die Meinung, Frischwarmwassertechnik sei aufwendiger zu planen, ist aus meiner Sicht deshalb vorherrschend, weil die Frischwarmwassertechnik im Schweizer Markt – unverständlicherweise – noch wenig verbreitet ist.

CE: Bei der Auslegung herrscht im Markt noch grosse Unsicherheit. Hier stützen sich die Verantwortlichen gerne auf die von Herstellern bereitgestellten Planungshilfen. Die korrekte Bereitstellung der Energie sowie deren Bevorratung ist keine allzu grosse Herausforderung, jedoch sollte der Warmwasserverbrauch möglichst genau erfasst werden und der sanitäre Ausbaustandard klar beziffert werden können.

Muss beim Einsatz von Frischwarmwasserstationen an den Entnahmestellen mit Temperaturschwankungen gerechnet werden?

RvE: Bei zentraler Anordnung einer Frischwarmwasserstation sind keine Temperaturschwankungen zu erwarten, da eine warmgehaltene Verteilung – Zirkulation – und somit das Warmwasservolumen mögliche Temperaturschwankungen ausgleicht. Bei dezentraler Anordnung sollte die Frischwarmwasserstation mit regeltechnischen Komponenten ausgerüstet sein, die eventuelle Temperaturschwankungen minimieren.

«Die Auslegung und Dimensionierung einer Trinkwassererwärmungsanlage ist nicht aufwendiger – es erfordert nur eine andere Art der Berechnung.»

MB: Eventuelle Temperaturschwankungen an der Entnahmestelle sind bei Frischwarmwasserstationen ein rein regelungstechnisches Thema. Eine wesentliche Voraussetzung ist die richtig dimensionierte primärseitige Energiebereitstellung.

CE: Im Grunde nein, denn die Frischwarmwasserstation kann nur die Menge an Warmwasser liefern, die auf der Primärseite an Energie bereitgestellt wird. Temperaturschwankungen in der Warmwasserversorgung sind generell installationsseitig bedingt.

«Eventuelle Temperaturschwankungen an der Entnahmestelle sind bei Frischwarm-wasserstationen ein rein regelungstechnisches Thema.»

Fazit

Die hier wiedergegebenen Erfahrungen und Meinungen von Branchenfachleuten und Experten zum Thema Frischwarmwassertechnik zeigen bei einer Reihe von Aspekten Übereinstimmung, insbesondere bei den Fragen nach Energiebereitstellung, Wärmespeicherung und Trinkwasserhygiene. Für die Trinkwassererwärmung mit Frischwarmwassertechnologie lassen sich daraus folgende Aussagen ableiten:

– Ein grundlegender Ansatz besteht darin, dass kein erwärmtes Trinkwasser bevorratet, sondern die dazu nötige Wärmeenergie im Heizungspuffer vorgehalten wird. Wärme im Heizwasser zu speichern und für die Trinkwassererwärmung nur die der gezapften Menge entsprechende Wärmeenergie zu verbrauchen, ist energetisch sinnvoll und bietet die nötige trinkwasserhygienische Sicherheit.
– Die Verfügbarkeit von erwärmtem Trinkwasser ist grundsätzlich unabhängig vom eingesetzten System zunächst von der primärseitigen Wärmebereitstellung abhängig. Für den Einsatz von Frischwarmwassertechnik ist eine genaue Abstimmung mit der bereitzustellenden Wärmeleistung erforderlich, dafür ist eine zuverlässige Versorgung mit nahezu beliebig grossen Warmwassermengen realisierbar.
– Hygienische Beeinträchtigungen haben ihre Ursache vorwiegend im Verteilnetz zu den Entnahmestellen, wenn die geforderten Temperaturen unterschritten werden und zu lange Verweilzeiten entstehen.
– Aus der diskutierten Temperatur-Thematik spiegelt sich das wider, was die Fachkreise derzeit bewegt: Bei den zur Einhaltung der Trinkwasserhygiene geforderten Warmwassertemperaturen stehen sich die Bestrebungen nach Energieeffizienz und
die Vorgaben der Regelwerke sowie Vorschriften zur Vermeidung des Legionellenrisikos gegenüber. Ein Wunsch der Branchenakteure ist, dass dieser Punkt bei der aktuellen und künftigen Gestaltung und Anpassung der Regelwerke Berücksichtigung findet.

Die Interviewten

Prof. Reto von Euw, Hochschule Luzern – Technik & Architektur, Institut für Gebäudetechnik und Energie & Zentrum für Integrale Gebäudetechnik, Horw, www.hslu.ch

Achille Christoffel, Eidg. Dipl. Haustechnikplaner Heizung, Enavant AG, Planung für Gebäudetechnik, Malans, www.enavant.ch

Marc Bätschmann, Geschäftsführer BS2 AG, Building Technology Park Zurich, Schlieren, www.bs2.ch

Christoph Ernst, Ingenieurberater HLKS, Meier Tobler AG, Urdorf, www.meiertobler.ch

Weitere Informationen:
www.taconova.com