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Trinkwassererwärmung

Über diesen Artikel

Lesezeit

4 Minuten

Veröffentlichung

26.01.2021

Letztes Update

28.07.2021

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  • Trinkwassererwärmung

Arten der Trinkwassererwärmung und Formeln zur Berechnung des Bedarfs

Trinkwassererwärmung energieeffizient gestalten

Warmes Wasser ist heutzutage eine Selbstverständlichkeit in deutschen Haushalten. Es gibt verschiedene Arten der Trinkwassererwärmung, die sich hinsichtlich ihrer Energieeffizienz unterscheiden. Um das Wasser auf die gewünschte Temperatur zu bringen, ist ein hoher Energieeinsatz notwendig: Vier Prozent des Gesamtenergieverbrauchs in Deutschland sind der Trinkwassererwärmung zuzurechnen. Moderne Technologien wie zum Beispiel eine Wärmepumpe können den Energieverbrauch senken.1

Arten der Trinkwassererwärmung

Es gibt verschiedene Systeme, um das Trinkwasser auf Temperatur zu bringen. Diese werden allgemein als Trinkwassererwärmungsanlagen bezeichnet. Unterteilt werden sie in die Kategorien „zentrale Versorgung“ und „dezentrale Versorgung“. Bei der zentralen Trinkwassererwärmung wird das Wasser an einer zentralen Stelle erwärmt und über ein Rohrleitungsnetz zu den Entnahmestellen geleitet. Kennzeichen der dezentralen Trinkwassererwärmung ist, dass das Wasser direkt an der Entnahmestelle beziehungsweise direkt in der Wohnung auf Temperatur gebracht wird. Bei zentralen Versorgungssystemen handelt es sich um geschlossene Systeme, während die dezentrale Versorgung durch geschlossene oder offene Systeme erfolgen kann. Der zentralen Versorgung zuzuordnen ist die Fernwärmeversorgung, die sich im Hinblick auf die Anschlussart unterscheidet. Der Anschluss an das Fernwärmenetz kann entweder direkt oder indirekt erfolgen.2

Wärmepumpen zur Trinkwassererwärmung

Moderne Heizungen sind sowohl für das Beheizen von Räumen als auch für die Erwärmung von Trinkwasser ausgelegt. Besonders energieeffizient sind Anlagen mit Wärmepumpe. Es gibt verschiedene Systeme, die eine Wärmepumpe zur Trinkwassererwärmung nutzen, wie zum Beispiel:3

  • Warmwasserwärmepumpe mit Umluft
  • Warmwasserwärmepumpe mit Abluft
  • Warmwasserwärmepumpe mit Photovoltaik-Eigenstromnutzung
  • Trinkwarmwasserspeicher mit Hochtemperatur-Wärmepumpe
  • Trinkwarmwasserspeicher mit Standardwärmepumpe und Elektroheizstab
  • Zentrale und dezentrale Trinkwassererwärmungsanlagen

Bei der dezentralen Trinkwassererwärmung wird Wasser zum Beispiel in einem Plattenwärmeüberträger nahe der Entnahmestelle erhitzt und über ein Rohrleitungsnetz im Gebäude verteilt. Die Wasserhygiene wird dadurch gewährleistet, dass keine Bevorratung von warmem Trinkwasser erfolgt, die Erzeugung von Warmwasser ist nach dem Bedarf ausgerichtet, und die Leitungen kurz sind. Der Verbrauch wird über einen integrierten Wärme- und Wasserzähler beziehungsweise per Fernauslesung – auch Smart Metering genannt – erfasst. Der Vorteil einer dezentralen Trinkwassererwärmung ist, dass die Betriebskosten niedrig gehalten werden können, da erneuerbare Energien mit einem hohen Wirkungsgrad ins System eingebunden werden können, zum Beispiel durch eine Wärmepumpe oder eine Solarthermieanlage. Darüber hinaus treten nur geringe Leistungsverluste auf, da Vorlauf- und Rücklauftemperatur niedrig sind. Eingesetzt werden dezentrale Trinkwassererwärmungsanlagen beispielsweise in Wohnungen, Gewerbeeinheiten, öffentlichen Gebäuden mit hohen Anforderungen an die Hygiene und Sportstätten.

Die zentrale Trinkwassererwärmung weist im Vergleich zur dezentralen zusätzliche Rohrleitungen für Trinkwarmwasser und eine Zirkulation auf. Das Trinkwasser wird in einer zentralen Anlage durch ein Durchflussprinzip oder ein Speicherladeprinzip erhitzt und anschließend zu den Verbrauchern transportiert. Bei zentralen Trinkwassererwärmungsanlagen wird die Hygiene gewährleistet, indem kein Wasser im Durchflusssystem bevorratet wird und das Trinkwarmwasser nach Bedarf per Durchlauferhitzer erzeugt wird. Der Vorteil einer zentralen Trinkwassererwärmungsanlage sind die geringen Investitionskosten, zudem sind auch die Betriebskosten niedrig. Zum Einsatz kommt die zentrale Trinkwassererwärmung beispielsweise in Ein- und Mehrfamilienhäusern, in Großgebäuden, in Sportstätten und in Krankenhäusern.4

Formel zur Berechnung der Trinkwassererwärmung

Für die allgemeine Berechnung der Trinkwassererwärmung werden mehrere Formeln genutzt, mit deren Hilfe der eigene Bedarf ermittelt werden kann. Welche Formel Anwendung findet, ist vom genutzten System abhängig, zum Beispiel erfolgt für Wohngebäude mit Heizkesseln die Auslegung oft nach der Norm DIN 4708 Teil 2. Dieses Verfahren kann jedoch gewöhnlich nicht auf Wärmepumpen angewendet werden. Deshalb erfolgt die Berechnung häufig über die in der Anlage benötigte Wärmemenge. Zu berücksichtigen sind dabei der Tagesbedarf, der Spitzenbedarf, zu erwartende Verluste und die zur Verfügung stehende Heizleistung zum Nachheizen des Warmwasserspeichers. Bei der Berechnung der Trinkwassererwärmung werden die folgenden Formelzeichen genutzt:

Formelzeichen Bedeutung
Q Wärmemenge in Wattstunden (Wh)
P Leistung in Watt (W)
W Energiebedarf in Wattstunden (Wh)
t Aufheizzeit in Stunden (h)
η Wirkungsgrad
m Wassermenge in Kilogramm (kg – 1 kg entspricht ca. 1 Liter)
v Spezifische Wärmekapazität in Wattstunden durch Kilogramm mal Kelvin (Wh/(kg • K)) – die spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt 1,163 Wh/(kg • K) bzw. 4,1868 Wh/(kJ • K)
Δ ϑ Temperaturdifferenz in K aus (ϑ2 – ϑ1)
ϑ1 Kaltwasser in Grad Celsius (°C)
ϑ2 Warmwassertemperatur in °C
ϑM Mischwassertemperatur °C
m1 Kaltwassermenge in kg
m2 Warmwassermenge in kg
mM Mischwassermenge in kg

 

Grundlegende Formeln zur Berechnung der Trinkwassererwärmung

Erforderliche Wärmemenge Q in Wh: formel-waermemenge-trinkwassererwaermung-net4energy
Erforderlicher Energiebedarf W (Arbeit) in Wh: formel-energiebedarf-trinkwassererwaermung-net4energy

Erforderliche Leistung P in W:

formel-erforderliche-leistung-trinkwassererwaermung-net4energy
Aufheizzeit t in h:

formel-aufheizzeit-trinkwassererwaermung-net4energy
Mischwassertemperatur in °C:

formel-mischwassertemperatur-trinkwassererwaermung-net4energy
Mischwassermenge in kg:

formel-mischwassermenge-trinkwassererwaermung-net4energy
Sieben Schritte sind zur Bedarfsermittlung erforderlich, nämlich die Ermittlung des Lastprofils, die Ermittlung des Energiebedarfs der längsten Periode, die Berechnung des theoretischen Speichervolumens zur Sicherung der längsten Periode, die Bestimmung des tatsächlichen Speichervolumens durch Zuschlagfaktoren für Abstrahl- und Durchmischungsverluste, die Bestimmung der erforderlichen Heizleistung der Wärmepumpe, ein Plausibilitätscheck zum Tagesbedarf und die Berücksichtigung der Heizleistung bei der Trinkwassererwärmung5.

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