Die Kapazität auf der Speicherseite wurde drastisch auf vier Schichtenspeicher mit jeweils 900 l Heizwasser reduziert. Statt der großen Wassermenge in den alten Trinkwasserspeichern reichen nun insgesamt 160 l an Wärmetauscher-Inhalt, denn statt der Bevorratung erfolgt die Bereitstellung von frischem Warmwasser erst bei Bedarf per Durchlaufprinzip. Die Anlage arbeitet heizungsseitig mit einer Vorlauftemperatur von 43 bis 45 °C im ersten Temperaturhub, die durch das Thermalwasser praktisch kostenfrei zur Verfügung stehen – eine besondere Art der Wärmerückgewinnung, die bereits vorhanden war und weiter im Einsatz ist. Mit der Booster-Wärmepumpe Clivet von Bösch mit 70 kW Leistung wird das Wasser für die Verbraucherseite, das heißt für den kompletten Hotelbereich, im 2. Hub auf ca. 63 °C erwärmt. Das Warmwasserverteilsystem inklusive Zirkulation lässt sich so durchgängig im Bereich von 60 bis 55 °C betreiben – das erfüllt die Hygieneanforderungen nach B1921 (ÖNorm vom 01.07.2023). Gleichzeitig ergibt sich daraus, dass kein keimbildungsfähiges Volumen mehr existiert, da ein permanenter Wasseraustausch erfolgt.
Die vier neuen Speicher stehen zusammen mit der Wärmepumpe in einer Technikzentrale. Mit dieser Lösung entfiel einer der vorher benötigten zwei Standorte. Die Anbindung an die Verteilung wurde entsprechend umgebaut. Der Systemwechsel wurde 2022 vollzogen, inzwischen kann das Quellenhotel auf ca. anderthalb Jahre Erfahrung zurückblicken.
Einsparungen auf mehreren Ebenen
Durch den Wegfall der thermischen Desinfektion werden jetzt 8.000 l Öl gespart und Emissionen verringert. Es entfällt das regelmäßige Aufheizen für die thermische Desinfektion. Stattdessen erfüllt die Anlage die Hygieneforderungen ohne diesen immensen Heizmittelaufwand. Zudem konnte festgestellt werden, dass die Warmwasserbereitstellung ohne Probleme selbst bei ausgeschalteter Booster-Wärmepumpe mit einer Warmwassertemperatur von größer 40 °C funktioniert – bei einem heizwasserseitigen Vorlauf von 43-45 °C, bei vollbesetztem Hause und einem Warmwasserverbrauch von bis zu 12 m³ pro Tag. Sollte die Wärmepumpe einmal ausfallen, ist die energetische Vollversorgung mit Warmwasser rein durch die Wärmerückgewinnung sichergestellt. Sollte dies einmal eintreten, eröffnet es ein Zeitfenster für die Reparatur der Wärmepumpe. On top kann der Betreiber die Einsparung von rund 250 Mannstunden pro Jahr für die thermische Desinfektion verzeichnen.
Im Vergleich zu einer Anlage im Durchlaufprinzip mit Frischwasser-Stationen, einer heute oft gewählten Variante, ergeben sich weitere Vorteile: Im Quellenhotel hätte man entweder eine Kaskade oder vier Einzelgeräte pro Haus installieren müssen. Dabei sind Pumpen, Mischventile, Strömungsschalter, Regelung und Strom für den Betrieb notwendig, dazu noch viele lösbare Verbindungen. Mit dem LINK3-Konzept entfallen alle diese Komponenten, was die Anfälligkeit für Störungen minimiert, den Wartungsaufwand verringert und auch Betriebsenergie spart. Die Lebensdauer der Schichtenspeicher im Vergleich zu den emaillierten Boilern wird als höher eingestuft, die Komponenten ersetzende Warmwasserbereitung wird jetzt rein auf physikalischer Nutzung durch Gestaltgebung mit Hilfe von Thermodynamik und Strömungslehre geleistet. Schließlich wird viel Platz gespart, weil jegliche Technik für die Warmwasserbereitung im Speicher integriert ist – die kompakte Technik lässt in der nun einen Zentrale ca. 20 bis 25 m² frei, eine Warmwasserzentrale fiel komplett weg.
Für die technischen Mitarbeiter des Hotels ergibt sich jetzt ein leichterer Zugang sowie eine bessere und einfachere Handhabung. Für den Betreiber steht bei der neuen Anlage insbesondere die Verlässlichkeit und die Erfüllung der Hygieneansprüche im Mittelpunkt – diese werden hervorragend erfüllt. Ausgehend von den überaus positiven Erfahrungen ist geplant, auch die Heiltherme auf das LINK3-Konzept umzustellen.
Hintergrund: Wasserschichten und Strömung
Das LINK3-Konzept beruht auf den Prinzipien der Strömungslehre und Thermodynamik. Wasser hat die Eigenschaft, sich wegen seiner unterschiedlichen Dichte ganz natürlich zu schichten – von warm oben (geringe Dichte) nach kalt unten (höhere Dichte). Das lässt sich hautnah erfahren, wenn man in einem Gewässer von der Oberfläche nach unten taucht. Eine solche Schichtung von warm nach kalt soll auch im Speicher vorhanden sein. Je besser diese bei der Be- und Entladung erhalten bleibt, umso höher ist die Effizienz. Um dies zu erreichen, müssen die Ströme im Speicher laminar gehalten werden, das heißt gleichmäßig und wirbelfrei. Denn werden die Temperaturunterschiede durch die Strömung und Vermischung zerstört, sinkt die Nutzbarkeit der Energie drastisch.
Zentral in diesem Zusammenhang sind folgende Regeln: 1) Zwei Systeme streben immer einen Gleichgewichtszustand an. Dabei ist Exergie jener Anteil einer System-Energie, der Arbeit verrichten kann. Sie wird verbraucht, indem zwei Zustände ausgeglichen werden. Exergie wird nicht erhalten, sondern durch irreversible Prozesse abgebaut. 2) Energie wird weder erschaffen noch vernichtet, sondern in eine andere Energieform umgewandelt. 3) Wasser ist ein schlechter Wärmeleiter, weist aber eine hohe Speicherkapazität auf.
Hohe Schichtungseffizienz – weniger Energieverluste
Der Schichtenspeicher DUOLINK von LINK3 erreichte am Institut für Solartechnik SPF Rapperswil die Bestmarke von 81,2 %, gemessen nach dem erschwerten Prüfprofil „ohne Warmwasserzeitfenster“. Anders als bei der Prüfung des Wärmeverlusts wird hier die Schichtungseffizienz inklusive der Hydraulik zur Einbindung des Speichers bestimmt. Für die Nutzung beispielsweise in einem Wärmepumpensystem bedeutet das: Reduziert sich die Schichtungseffizienz um 10 %, steigt der elektrische Energiebedarf um 16 % oder 413 kWhel/a. Angenommen wird eine Standard-Heizlast von 3.450 kWh Warmwasser und 8.000 kWh Raumwärme bei 35/30 °C Vor- und Rücklauf. Fazit: Bei schlechter Schichtungseffizienz sinkt die JAZ deutlich. Umgekehrt verbessert sie sich bei einem guten Wert.
Dem außergewöhnlichen Ergebnis ging eine längere Entwicklungszeit voraus. Der Gedanke: die Vorteile der konventionellen Speicher erhalten und ihre Nachteile ausmerzen. Im Detail bedeutete es auf der Haben-Seite von Registertauschern: einfache Technik, die zugleich robust und wartungsarm ist, sowie eine hohe Lebensdauer. Als Pluspunkte von Plattenwärmetauschern werden Leistungsstärke und niedrige Arbeitstemperatur identifiziert. Die Nachteile der Registertauscher: Sie arbeiten nicht hygienenormgerecht und sind leistungsschwach. Für Plattenwärmetauscher werden der hohe technische Bedarf, die Wartungsintensität und die Anfälligkeit hinsichtlich Kalk, Schmutz und Korrosion als Mankos ermittelt.
Die Feinheiten eines Schichtenspeichers
Im Mittelpunkt der technischen Innovation steht das Heizwasser-Management durch die integrierte Gegenstrom-Tauschertechnik. Im Detail bedeutet das Folgendes: Der Wärmetauscher wird innerhalb des Speichergefäßes mit einer Innen- und Außendämmung versehen und befindet sich demnach in einem so genannten Ringspalt. Das Heizungswasser erwärmt sich, während es am Rohrwendel im Ringspalt entlang strömt. Dieses warme Wasser steigt nach oben, gleichzeitig wird kaltes Wasser unten angesaugt. Am oberen Ende lagert sich das stark erwärmte Wasser ein. Durch diese Schichtung entsteht ein Kamineffekt, der den Erhitzungsprozess noch effizienter macht.
Um die Temperaturschichtung bei Be- und Entladevorgängen möglichst zu erhalten, befinden sich im Innern strömungsentkoppelnde Trennplatten sowie Quellauslässe in verschiedenen Höhen. Vor- und Rücklauf sind in derselben Temperaturzone angeordnet. Schließlich werden beim patentierten LINK3-Prinzip alle Anschlüsse durch den Speicherboden geführt. Auf diese Weise bleibt die Dämmschicht rundum intakt, was sich positiv auf die Warmhalteverluste auswirkt.
Lesen Sie diesen Artikel auf Seite 25 der aktuellen Ausgabe 9/2024 (ab 06.09.)!
