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Wohnungsstationen: effizient, bedarfsgerecht und nachhaltig

Alle Fotos: © Uponor
Für die dezentrale Warmwasserbereitung sind Wohnungsstationen in der Regel mit einem Wärmetauscher ausgestattet.
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Geht es um Trinkwassererwärmung in Gebäuden, dann stehen meist zwei Konzepte in der Diskussion: die zentrale und die dezentrale Warmwasserbereitung. Bei dezentralen Wohnungsstationen geht es dabei schon lange nicht mehr nur um das Thema Hygiene. Dass Wohnungsstationen auch in Sachen Effizienz, Einsatzbreite und vor allem Nachhaltigkeit punkten, zeigen die folgenden Ausführungen.

von: Redaktion

Zentrale und dezentrale Trinkwassererwärmung unterscheiden sich zunächst einmal grundlegend, was die Erzeugung, das Speichern und das Verteilen des erwärmten Trinkwassers angeht. Während bei der zentralen Trinkwassererwärmung ein Heizsystem mitsamt Speichersystem für die Warmwasserbereitung zuständig ist, übernehmen bei dezentralen Systemen einzelne Wohnungsstationen das Bereitstellen von warmem Trinkwasser und – je nach Spezifikation – auch das Heizwärme-Management. Anhand eines Vergleiches eines 2-Leiter-Systems mit Wohnungsstationen mit einem herkömmlichen 4-Leiter-System mit zentraler Warmwasserbereitung lassen sich die Unterschiede anschaulich darstellen.

Hygiene das A&O

Typische Anwendungen, bei denen Betreiber bislang überwiegend auf zentrale Trinkwasserbevorratung gesetzt haben, sind größere Gebäude wie Mehrfamilienhäuser, Krankenhäuser oder Schulen mit hohem Warmwasserbedarf. Der Aufwand für die Planung, Installation und Wartung sind hier schon alleine für das Rohrnetz höher, weil zusätzliche Trinkwarmwasser- und Zirkulationsleitungen notwendig sind (4-Leiter-System). Hinzu kommt ein hoher Energiebedarf für Temperaturen im Gebäudeleitungsnetz zum Aufrechterhalten der Trinkwasserhygiene und damit verbundene, vergleichsweise hohe Bereitschafts- und Verteilverluste. Außerdem besteht bei Großanlagen in öffentlichen Gebäuden und Mehrfamilienhäusern für Betreiber und Inhaber des Gebäudes eine Untersuchungspflicht gemäß Trinkwasserverordnung TrinkwV. §14, um das Einhalten der Hygienevorgaben nachzuweisen.

Wärme puffern statt im Trinkwasser speichern

Demgegenüber stehen Systeme zur dezentralen Trinkwassererwärmung. Solche Wohnungs- oder Trinkwasserstationen sind auf bedarfsgerechtes Wärmemanagement ausgelegt und kommen hauptsächlich in Mehrfamilienhäusern, aber auch in kleineren Gebäuden sowie in Einfamilienhäusern zum Einsatz – also überall dort, wo der Warmwasserbedarf an verschiedenen Stellen unabhängig voneinander gedeckt werden kann. Aufgrund der systembedingten Trinkwassererwärmung im Durchfluss muss erwärmtes Trinkwasser nicht gespeichert werden. Das sorgt für eine dauerhaft hohe Trinkwasserqualität. Bei der dezentralen Wärmebereitstellung wird nach Möglichkeit komplett auf eine Zirkulation oder Bevorratung von erwärmtem Trinkwasser verzichtet. Es wird immer nur so viel Trinkwasser auf Zapftemperatur erwärmt, wie der Nutzer gerade benötigt. Die dazu erforderliche Energie wird nicht in Form von Trinkwasser, sondern in Pufferspeichern mit Heizungswasser als Medium gespeichert – nach Möglichkeit auch unter Einbindung von erneuerbaren Energien wie etwa Solarthermie. Damit entspricht das Konzept den Empfehlungen der DIN 1988-200, die dazu feststellt: „Ist eine Speicherung von Energie vorgesehen, sollte dies nicht im Trinkwasser erfolgen, sondern es ist der Technik der Energiespeicherung im Heizsystem, etwa über Pufferspeicher, den Vorzug zu geben.“

Signifikante Energieeinsparung

Auch ein 2-Leiter-Netz zur Wärmeversorgung von Wohnungsstationen kommt nicht ganz ohne Bereitschafts- und Verteilverluste aus, jedoch ist der Endenergiebedarf für die gesamte Warmwasserbereitung um rund 36 Prozent geringer als bei Anlagen mit zentralem Warmwasserspeicher sowie einer Zirkulation. Zu diesem Ergebnis kommt die Allplan-Studie „Energieeffiziente Warmwasserbereitung“ der Stadt Wien. Insbesondere die Möglichkeiten zur heizungsseitigen Kopplung der Wärmeversorgung, etwa einer Flächenheizung in den Wohnungen mit der bedarfsgerechten Versorgung des Plattenwärmetauschers über ein 2-Leiter Netz, sorgt für insgesamt niedrige Rücklauftemperaturen, erlaubt Temperaturabsenkungen in Schwachlastphasen, reduziert den Hilfsenergiebedarf und ermöglicht so zusätzliches Einsparpotenzial für einen energieeffizienteren Betrieb der Warmwasserbereitung ohne Komfortverlust.

GEG und dezentrale Wärmebereitstellung stehen sich nicht im Weg

Dezentrale Wohnungsstationen eignen sich auch zur Einbindung erneuerbarer Energien. Damit werden diese Systeme dem Gebäudeenergiegesetz (GEG) nicht nur gerecht, sie bieten mehrere Kombinationsmöglichkeiten beim Nutzen regenerativer Energien im Wärmemanagement eines Gebäudes – etwa über eine solarthermische Vorwärmung des Pufferspeichers oder unter Einbindung von Wärmepumpen, die ganzjährig mit hoher Jahresarbeitszahl und geringem Temperaturhub betrieben werden können.

Aufbau dezentraler Systeme

Moderne Systeme für eine dezentrale Wärmebereitstellung lassen sich heute in nahezu allen gebäudetechnischen Situationen realisieren. Das Prinzip ist grundsätzlich immer gleich: In einer Heizzentrale wird Heizwasser über einen beliebigen Energieerzeuger, der mit fossiler, regenerativer oder in Kombination mit mehreren Energieträgern betrieben wird, erwärmt. Das auf eine Solltemperatur erwärmte Heizwasser wird in einem Pufferspeicher bevorratet und bedarfsgerecht von dort über die Heizstränge in die einzelnen Wohnungen verteilt. So können die Bewohnerinnen und Bewohner die erzeugte Wärme individuell und zu jeder Jahreszeit nutzen. Eine exakte Verbrauchsmessung über Wärmemengenzähler ist gegeben. Welche Wohnungsstation- Konfiguration gefordert ist, ist nicht nur von geplanter oder existenter Wärmeverteilung im Gebäude abhängig, sondern ganz besonders auch von der Wärmequelle, den eingespeisten Vorlauftemperaturen und vom Komfortbedürfnis der Nutzerinnen und Nutzer. Abbildung 4 zeigt den Weg zur passenden Wohnungsstation anhand der genannten Faktoren.

Vorlauftemperatur und Komfortanspruch

In Gebäuden mit Wärmerzeugern für höhere Vorlauftemperaturen kommen vollelektronische oder mechanische Wohnungsstationen zur Deckung des Heizungs- und Trinkwasserbedarfs zum Einsatz, wie etwa die Wohnungsstationen Combi Port E-Pro oder Combi Port M von Uponor. Beide Stationen erfüllen die höchsten Ansprüche an Trinkwasserhygiene und Heizungskomfort. Während die Combi Port E elektronisch geregelt ist und sich auch als Stand-Alone-Lösung ein BUS-System einbinden lässt, übernimmt bei der Combi Port M ein mechanischer Proportionalmengenregler (siehe Kasten „Was macht ein Proportionalmengenregler?“ – Box 1) mit thermostatischer Regelung den Heizungsbetrieb und die Trinkwassererwärmung. Beide Stationen zeichnen sich durch eine sofortige Trinkwassererwärmung und die gleichzeitige Verteilung von Wärme und Kälte aus. Soll in einem Gebäudebereich oder in einer kleineren Wohnung lediglich die Trinkwassererwärmung dezentral erfolgen, dann bieten sich reine Trinkwasserstationen wie die Aqua Port M-XS von Uponor an. Sie eignet sich optimal für die Trinkwassererwärmung weiter entfernter Entnahmestellen, beispielsweise der Küche oder einem Gästebad. Zusätzlich kann mit einer Entnahmeleistung von bis zu 19 Litern pro Minute auch ein kleines Apartment mit ausreichend warmem Trinkwasser versorgt werden. Die Wohnungsstation bietet höchste Trinkwasserhygiene bei nachweislich geringeren Verteilverlusten im Vergleich zur Trinkwasserzirkulation.

Auch wenn die Wärmeverteilung im Gebäude mit niedrigen Vorlauftemperaturen – was oft beim Einsatz von Wärmepumpen der Fall ist – erfolgt, können Wohnungsstationen die Lösung sein. Bei Vorlauftemperaturen von 38 Grad Celsius bieten sich Lösungen in Kombination von thermischer und elektrischer Durchlauferhitzung an, wie die Combi Port M-Hybrid (siehe Kasten„Wohnungsstationen bei niedrigen Vorlauftemperaturen“ – Box 2).

Bei höheren Vorlauftemperaturen von 55 Grad Celsius und einem 4-Leiter-System – also einem Heizstrang für Warmwasser und einem für Heizwärme – sind Wohnungsstation wie die Combi Port M-4 Pipe das Mittel der Wahl. Die Station lässt sich problemlos in ein 4-Leiter-System einbinden. Hierbei werden zwei Pufferspeicher mit unterschiedlichen Temperaturen genutzt: für die Flächenheizung der Niedertemperaturspeicher und für die Trinkwassererwärmung der höher temperierte Speicher. Der Hochtemperaturspeicher liefert das Heizwasser für die Trinkwassererwärmung. Der Niedertemperaturspeicher sorgt in Kombination mit einer energieeffizienten Flächenheizung für die Erwärmung der Wohnräume oder im Sommer für deren Kühlung.

Modernisierung mit Wohnungsstationen

Steht eine Heizungsmodernisierung im Mehrfamilienhaus, genauer bei in die Jahre gekommenen Gasetagenheizungen, an, dann können mit der Combi Port M-Retro die Vorteile der dezentralen Trinkwassererwärmung mit denen der zentralen Wärmeerzeugung kombiniert werden. Die Combi Port M-Retro lässt sich direkt auf die vorhandenen Anschlüsse der alten Gastherme setzen. Dabei dient der stillgelegte Kamin als Versorgungsschacht. Über die oberen Primäranschlüsse wird die Station mit dem Heizstrang verbunden. Die Reihenfolge der Wohnungsanschlüsse entspricht dem Anschlussbild der alten Gastherme, so dass die Stationen schnell und ohne Kreuzung von Rohrleitungen montiert werden können.

Fazit

Hygiene bei der Trinkwassererwärmung, steigender Kostendruck, immer strengere Vorgaben in Sachen Nachhaltigkeit und der Einsatz regenerativer Energien: Die Anforderungen an Planer, Bauherren und Renovierer sind beim Thema Warmwasser hoch. Dezentrale Wohnungsstationen zeichnen sich durch ihre energieeffiziente Leistung aus. Sie erwärmen das Trinkwasser bedarfsgerecht, sorgen so für geringere Energiekosten und lassen sich perfekt mit erneuerbaren Energiequellen kombinieren. Das energieintensive Vorhalten großer Wassermengen in Trinkwasserqualität gehört damit der Vergangenheit an. Und schließlich sind moderne Wohnungsstationen zu einem hohen Grad vorgefertigt. Das erleichtert die Planung und Installation und führt zu einer höheren Effizienz und Qualität auf der Baustelle.

Was macht ein mechanischer Proportionalmengenregler?

Der Proportionalmengenregler – kurz PM-Regler – ist für die schnelle mechanische Umschaltung der Heizung auf Trinkwassererwärmung verantwortlich. Der PM-Regler sichert die Proportionalität der Durchflussmengen von Heizwasser und Trinkwasser ab. Dabei drückt das Kaltwasser die Membran im PM-Regler auf und öffnet über die verbundene Stößelstange die Bohrungen, in denen die Trinkwasser- und Heizwassermenge proportional zueinander den Plattenwärmetauscher durchfließen können. Um bei hohen Warmwasseranforderungen auf einen vollen Volumenstrom auf der Heizungsseite zugreifen zu können, schließt ein Tellerventil am Ende der Stößelstange im PM- Regler den Heizungsrücklauf auf der Wohnungsseite. So kann der komplette Heizungsvolumenstrom für die Aufheizung des Plattenwärmetauschers für die Trinkwassererwärmung verwendet werden. Wichtig: Das Heizungswasser kann nicht über den PM- Regler ins Trinkwassersystem gelangen und umgekehrt. Aufgrund seiner Einsatzbedingungen ist die Lebensdauer eines PM-Reglers von der Qualität der Heizungs- und Trinkwasseranlage abhängig. Die Armatur hat eine DVGW-Zulassung. Hier werden mind. 180.000 Lastspiele ohne Funktionseinschränkung gefordert und erfüllt. 

Wohnungsstationen bei niedrigen Vorlauftemperaturen

Liegen die Vorlauftemperaturen im Bereich von unter 40 Grad Celsius, so ist das kein Ausschlusskriterium für den Einsatz von Wohnungsstationen. „Hybridstationen“ wie die Uponor Combi Port M Hybrid nutzen niedrige Heizungs-Vorlauftemperaturen von 35 bis 45 Grad Celsius zur Erzeugung von 40 bis 60 Grad Celsius warmem Wasser. Die Warmwasserbereitung erfolgt hier im reinen Durchflussbetrieb zunächst über einen leistungsstarken Edelstahl-Plattenwärmetauscher. Durch den hohen Volumenstrom und die geringe Spreizung von circa drei bis fünf Kelvin wird das Kaltwasser auf circa 37 Grad Celsius erwärmt. Das Nachheizen auf die gewünschte Warmwassertemperatur übernimmt ein integrierter, elektrischer Durchlauferhitzer. Zur Temperaturanhebung des auf 37 Grad Celsius vorgewärmten Trinkwassers auf 45 Grad Celsius ist eine elektrische Leistung von drei bis sechs Kilowatt nötig. Um den Eigenverbrauch zu senken und die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen ist auch hier der Einsatz von erneuerbaren Energien möglich, etwa durch Überschussstrom aus PV-Anlagen.


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