6 Warmwasserbereitung mit Wärmepumpen

6.1 Warmwasserbedarf in Gebäuden

Für eine Bedarfsermittlung gibt es in der Praxis verschiedene Ansätze. Für Wohngebäude erfolgt die Auslegung häufig nach DIN 4708-2 mithilfe der sogenannten NL-Zahl (Leistungskennzahl einer Normalwohnung). Dieses für Heizkessel gültige Auslegungs- und Dimensionierungsverfahren kann bei Wärmepumpensystemen in der Regel jedoch nicht angewendet werden, da NL Zahlen der Speicher für die im Wärmepumpenbetrieb verwendeten Vorlauftemperaturen kaum zur Verfügung stehen. Daher ist es sinnvoll, die Auslegung anhand benötigter Wärmemengen durchzuführen. Dabei sind mehrere, sich gegenseitig beeinflussende Faktoren zu beachten (siehe Kap. 6.1.1).

6.1.1 Ermittlung des Warmwasserbedarfs für Heizungs-Wärmepumpen

Die Auslegung der Heizungs-Wärmepumpe und des Warmwasserspeichers sollte über die in der Anlage benötigte Wärmemengen durchgeführt werden. Dabei sind folgende Faktoren zu beachten:

• der Tagesbedarf

• der Spitzenbedarf

• zu erwartende Verluste

• benötigte Warmwassertemperaturen

• die zur Verfügung stehende Heizleistung zum Nachheizen des Warmwasserspeichers

Auslegung Um den Warmwasserbedarf des Gebäudes während der Bezugszeit decken zu können, muss die benötigte Warmwasser-Leistung entweder als gespeichertes Warmwasser oder als Heizleistung zur Verfügung stehen.

1. Für die Auslegung müssen zunächst der maximale tägliche Warmwasserbedarf und das entsprechende Verbrauchsverhalten ermittelt werden. Für diese Ermittlung können neben realen Verbrauchswerten auch durchschnittliche Zapfprofile verwendet werden. Diese sind in der EN 15450 exemplarisch für drei Nutzergruppen im Anhang E dargestellt und können individuell erweitert werden.

2. Aus dem Lastprofil heraus wird die Periode mit dem größten Leistungsbedarf ermittelt. Aus diesem Leistungsbedarf ergibt sich dann eine Speichergröße. Bei der Speicherauswahl ist zu berücksichtigen, dass es zu Wärmeverlusten durch Wärmeabgabe von der Oberfläche (siehe Warmhalteverluste S auf dem Energielabel des Speichers) und Durchmischung des Speichers durch nachströmendes Kaltwasser kommt.

Tab. 6.1: Annahme zum Zapfvolumen nach EN 15450

** Bei Regenduschen ist der durchschnittliche Verbrauch um etwa 25 bis 50 % höher als bei „klassischen" Duschköpfen anzusetzen.

Tab. 6.2: Durchschnittliches Zapfvolumen einer Einzelperson (36 Liter; 60 °C) nach EN 15450

Tab. 6.3: Durchschnittliches Zapfvolumen einer Familie (ohne Baden; 100 Liter; 60 °C) nach EN 15450

Tab. 6.4: Durchschnittliches Zapfvolumen einer Familie (mit Baden; 200 Liter; 60 °C) nach EN 15450

6.1.2 Auslegungsverfahren für Heizungs-Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern

Nachfolgend wird die Auslegung anhand eines Berechnungsbeispiels für ein Mehrfamilen-Wohnhaus dargestellt.

Gebäudedaten

• Mehrfamilienhaus mit 6 Wohneinheiten

• 3 Personen pro Wohneinheit

Ermittlung der Bezugsperiode und des Warmwasserbedarfs Aus der entsprechenden Auslegungstabelle nach EN 15450 kann die Bezugsperiode mit dem größten Energiebedarf abgelesen werden. Für das Berechnungsbeispiel gilt:

• Bezugsperiode von 20:30 bis 21:30 Uhr

• Energiebedarf für die Warmwasserbereitung von 4,445 kWh je Wohneinheit

Tab. 6.5: Auswahl der Bezugsperiode

Der Energiebedarf für das gesamte Gebäude während der Bezugsperiode ermittelt sich aus: Q_DPB = N_NE * Q_DPBNN
mit:

• Q_DPB = Energiebedarf während einer Bezugsperiode in kWh

• Q_DPBNN = Energiebedarf einer Nutzungseinheit während einer Bezugsperiode in kWh

• N_NE = Nutzungseinheiten mit gleichem Profil

1. Schritt: Erforderlicher Energiebedarf

• Q_DPBNN = 4,445 kWh

• N_NE = 6

• Q_DPB = 26,67 kWh

Daraus lässt sich nun die benötigte Warmwassermenge bestimmen:

mit:

• V_DP = erforderliche Warmwassermenge während einer Bezugsperiode in Liter

• Q_DPB = Energiebedarf während einer Bezugsperiode in kWh

• c_w = spezifische Wärmekapazität 1,163 Wh/kgK von Wasser

• t_soll = Speichersolltemperatur

• t_cw = Kaltwassertemperatur

2. Schritt: Erforderliche Warmwassermenge

• Q_DPB = 26,67 kWh

• c_w = 1,163 Wh/kgK

• t_soll = 60 °C

• t_cw = 10 °C

• V_DP = 459 l

Auswahl des Warmwasserspeichers Das Speichervolumen inkl. eines Zuschlags für Durchmischungsverluste ergibt sich aus:

mit:

• V_Spmin = Mindest-Speichervolumen in Liter

• V_DP = erforderliche Warmwassermenge während einer Bezugsperiode in Liter

• DMV = Durchmischungsverluste (15 bis 20 %)

3. Schritt: Volumen des Warmwasserspeichers

• V_DP = 459 l

• DMV = 1,15 (entspricht 15 %)

• V_Spmin = 582 l

Variante 1 - Speicher mit internem Wärmeüberträger
Hier werden zwei Warmwasserspeicher mit innen liegendem Wärmetauscher mit je 390 l Inhalt gewählt. Die Speicherverluste betragen 2,78kWh/24h. Die Speicherverluste über die gesamte Bezugsperiode sind im größeren Speichervolumen ausreichend berücksichtigt. In den Warmwasserspeichern besteht die Möglichkeit mittels Sonderzubehör (z.B. DFM 1988-1/DFM 1988-WPM) die Auslauftemperatur von ≥ 60 °C im oberen Drittel zu gewährleisten.

Abb. 6.1: Reihenschaltung von Warmwasserspeichern

Variante 2 - Ladespeicher mit externem Wärmeüberträger (z.B. Frischwasserstation) Hier wird ein 750 l Speicher gewählt. Die Speicherverluste betragen 3,2 kWh/ 24h. Auch bei dieser Lösung muss eine Speicherauslauftemperatur von ≥ 60 °C gewährleistet sein. Je nach Wärmepumpentyp muss dafür eine Nacherwärmung des Speichers durch einen zweiten Wärmeerzeuger oder direkt elektrisch erfolgen.

Abb. 6.2: Ladespeicher mit externem Wärmetauscher

Auswahl der Wärmepumpe

Im nächsten Schritt muss nun die für die Warmwasser-Erwärmung notwendige Heizleistung der Wärmepumpe bestimmt werden. Dieser Wert ist der erforderliche Zuschlag für die Warmwasser-Erwärmung auf die Heizleistung der Wärmepumpe und richtet sich nach der zur Verfügung stehenden Zeit zwischen den einzelnen Bezugsperioden.

Tab. 6.6: Auswahl der Zeit zwischen zwei Bezugsperioden

mit:

• Q_WP = erforderliche Heizleistung der Wärmepumpe in kW

• V_Sp = Speichervolumen (gesamt) in Liter

• c_w = spezifische Wärmekapazität 1,163 Wh/kgK von Wasser

• t_soll = Speichersolltemperatur

• t_cw = Kaltwassertemperatur

• T_aufh = Zeit zwischen den Bezugsperioden in h

4. Schritt: Auswahl der Wärmepumpe

• V_Sp = 780 l (zwei Speicher á 390 Liter)

• c_w = 1,163 Wh/kgK

• t_soll = 60 °C

• t_cw = 10 °C

• T_aufh = 11,5 h

• QWP = 3,94 kW

Die notwendige Heizleistung der Wärmepumpe ist stark von der Zeitspanne zwischen zwei Bezugsperioden abhängig. Ist die Zeitspanne sehr kurz, ist die erforderliche Heizleistung deutlich höher. In diesem Fall kommen Alternativen in Betracht. Entweder wird die Speichergröße um den Wert für die zweite Bezugsperiode erhöht oder es wird ein zweiter Wärmeerzeuger für die Warmwasserbereitung als bivalenter Wärmerzeuger beigestellt. Letztere kann aus Kostensicht die bessere Lösung darstellen, da für die Erschließung der Primärquelle der Wärmepumpe geringere Investitionskosten entstehen.
Überprüfung der Auslegung Bei einer Auslegung der Wärmepumpe über die Bezugsperioden sollte am Ende der Berechnung ein Plausibilitätscheck durchgeführt werden. Die für die Aufheizzeit ermittelte Heizleistung muss größer sein als die rechnerisch notwendige Leistung bei konstanter Zapfung über den gesamten Tag.

mit:

• Q_WP = erforderliche Heizleistung der Wärmepumpe in kW

• Q_DPT = Leistungsbedarf für den Tagesverbrauch in kW

• N_NE = Anzahl Wohneinheiten mit gleichem Nutzungsprofil

5. Schritt: Überprüfung der Berechnung

• Q_DPT = 11,445 kWh/24 h

• N_NE = 6

• Q_WP = 3,94 kW

• 3,94 kW > 6 * 11,445 kWh/24 h

• 3,94 kW > 2,86 kW

6.1.3 Vereinfachtes Verfahren für Heizungs-Wärmepumpen in Ein- und Zweifamilienhäusern

Im Ein- und Zweifamilienhausbereich mit sanitärer Standardausstattung können die erforderliche Speichergröße und die benötigte Heizleistung mit Hilfe eines vereinfachten Verfahrens ermittelt werden. Pro Person wird ein täglicher Warmwasserbedarf von 50 Litern, bezogen auf 60 °C Warmwassertemperatur, angenommen. Zur Auswahl eines Speichers für bis zu 10 Personen wird zunächst das Mindestspeichervolumen bestimmt. Dazu wird der tägliche Warmwasserbedarf verdoppelt. Dieses Mindestvolumen wird auf die tatsächliche Bevorratungstemperatur umgerechnet.

mit:

• V_Sp = Speichervolumen (gesamt) in Liter

• V_tsoll = Warmwarmwasser-Volumen bei t_soll in Liter

• V_DP60 = Warmwasservolumen bei 60 °C in Liter

• t_soll = Speichersolltemperatur

• t_cw = Kaltwassertemperatur

Beispiel

• V_DP60 =200 l (4 Personen à 25 Liter pro Person)

• t_soll = 50 °C

• t_cw = 10 °C

• V_Sp = 250 l

6.1.4 Allgemeine Berechnungsgrundlagen zur Trinkwassererwärmung

Tab. 6.7: Berechnungsgrundlagen zur Trinkwassererwärmung

6.2 Warmwasser-Erwärmung mit der Heizungs-Wärmepumpe

Der Wärmepumpenmanager übernimmt neben der Regelung der Heizung auch die der Warmwasserbereitung (siehe Kapitel Regelung). Die Einbindung der Warmwasser-Erwärmung mit der Wärmepumpe muss in einem separaten Hydraulikkreis erfolgen, da in der Regel unterschiedliche Temperaturniveaus bei Warmwasser und Heizung erforderlich sind.

6.2.1 Anforderung an die Warmwasserspeicher

Die von verschiedenen Speicherherstellern angegebenen Normdauerleistungen sind für die Auswahl des Speichers für den Wärmepumpenbetrieb kein geeignetes Kriterium. Maßgebend für die Auswahl des Speichers sind die Größe der Wärmeübertragerflächen, die Konstruktion, die Anordnung der Wärmeübertrager im Speicher, die Normdauerleistung, die Durchströmung und die Anordnung des Thermostaten oder Fühlers.
Folgende Kriterien müssen berücksichtigt werden:

• Wiederaufheizung infolge von Standverlusten ohne Zapfung (Deckung der Standverluste – statischer Zustand).

• Der ausgewählte Warmwasserspeicher muss in der Lage sein, die von der Wärmepumpe zur Verfügung gestellte Heizleistung auch bei maximaler Wärmequellentemperatur (z.B. Luft +35 °C) abzunehmen.

• Bei Betrieb einer Zirkulationsleitung wird die Speichertemperatur abgesenkt. Die Zirkulationspumpe sollte bedarfsgerecht angesteuert werden.

• Die definierten Zapfmengen müssen auch während einer Sperrzeit, d.h. ohne Nachheizung durch die Wärmepumpe, erreicht werden.

• Die gezielte Nacherwärmung über eine Flanschheizung ist nur in Verbindung mit einem in den Warmwasserspeicher eingeschobenen Temperaturfühler möglich.

6.2.2 Warmwasserspeicher für Heizungswärmepumpen

Die Warmwasserspeicher dienen der Erwärmung von Trinkwasser z.B. auch für die sanitäre Verwendung. Die Erwärmung erfolgt indirekt über einen eingebauten Glattrohrwärmeübertrager der mit Heizungswasser durchströmt wird oder im Durchflussprinzip (Frischwassersysteme).
Korrosionsschutz
Emaillierte Speicher sind nach DIN 4753 Teil 3 auf der gesamten Innenfläche durch eine geprüfte Emaillierung geschützt. Diese garantiert in Verbindung mit der zusätzlich eingebauten Magnesium-Opferanode einen zuverlässigen Korrosionsschutz. Die Magnesium-Opferanode ist laut DVGW erstmalig nach 2 Jahren und dann in entsprechenden Abständen durch den Fachmann prüfen zu lassen und gegebenenfalls zu erneuern. Je nach Trinkwasserqualität (Leitfähigkeit) ist es ratsam, die Opferanode in kürzeren Zeiträumen zu kontrollieren. Ist die Anode (33 mm) bis auf einen Durchmesser von 10-15 mm abgebaut, so empfiehlt sich der Austausch.

Als Alternative zur Magnesium-Anode kann auch eine Fremdstromanode (Correx-Anode) eingesetzt werden. Diese sollte dann eingesetzt werden, wenn die Magnesium-Opferanode zu schnell abgebaut wird, das Wasser unangenehm riecht oder sich bei der Wasserentnahme am Zapfhahn zu viel Luftbläschen bilden. Die Fremdstromanode (Titananode) muss direkt an eine Spannungsquelle (230 V~) angeschlossen werden und ist wartungsfrei.
Wasserhärte Je nach Standort/Region enthält das Trinkwasser mehr oder weniger Kalk. Unter hartem Wasser versteht man sehr kalkhaltiges Wasser. Es gibt verschiedene Härtebereiche, die als Einheit in Grad deutscher Härte (°dH) gemessen werden.

In der Schweiz wird von „französischen Härtegraden" gesprochen. Dabei entspricht

Beim Einsatz von elektrischen Flanschheizungen zur generellen Nacherwärmung auf Temperaturen über 50 °C, empfehlen wir bei Wasser ab Härtebereich III mit einer Härte > 14°d.H. (hartes und sehr hartes Wasser) die Installation einer Entkalkungsanlage.
Inbetriebnahme Vor der Inbetriebnahme der Wärmepumpe ist zu prüfen, ob die Wasserzufuhr (Kaltwasserzulauf) geöffnet und der Speicher gefüllt ist. Die erste Befüllung und Inbetriebnahme muss von einer zugelassenen Fachfirma erfolgen. Hierbei ist die Funktion und die Dichtheit der gesamten Anlage einschließlich der vom Hersteller montierten Teile (z.B. Flanschdeckel, Flanschheizung) zu prüfen.
Reinigung und Pflege Erforderliche Reinigungsintervalle sind je nach Wasserqualität und Höhe der Speichertemperatur unterschiedlich. Eine Reinigung des Speichers und Überprüfung der Anlage wird 1x jährlich empfohlen. Die emaillierte glatte Oberfläche verhindert ein Festsetzen von Kalk weitestgehend und ermöglicht eine schnelle Reinigung, z.B. mittels eines Wasserstrahls. Großschaliger Kalkausfall darf nur mit einem Holzstab vor dem Ausspülen zerkleinert werden. Scharfkantige, metallische Gegenstände dürfen für die Reinigung auf keinen Fall verwendet werden.

Die Funktion des Sicherheitsventils ist in regelmäßigen Abständen zu überprüfen. Eine jährliche Wartung durch eine Fachfirma wird empfohlen.
Wärmedämmung und Verkleidung
Bei Speichern bis 500 Liter Nenninhalt besteht die Wärmedämmung aus hochwertigem PU (Polyurethan-)Hartschaum der direkt auf die Speicherwandung geschäumt ist. Bei Speichern größer 500 Liter ist die Wärmedämmung abnehmbar und besteht aus PE(Polyethylen)- bzw. PS(Polystyrol)-Schaum mit Folienmantel.
Regelung Die Speicher sind serienmäßig mit einem Fühler (NTC 10 - DIN 44574) inkl. 5 m Anschlussleitung ausgeliefert, der direkt am Wärmepumpenmanager als Fühler R 3 angeschlossen und in die Tauchhülse am Speicherbehälter eingesteckt wird, hierbei ist eine gute Wärmeübertragung sicherzustellen. Die Temperatureinstellung, die zeitgesteuerte Aufladung und ggf. die Nacherwärmung mittels Flanschheizung erfolgt durch den Wärmepumpenmanager. Bei der Einstellung der Warmwasser-Solltemperatur ist die Hysterese zu beachten. Die Hysterese wird von der Sollwertvorgabe abgezogen und legt den Einschaltpunkt des Wärmeerzeugers fest. Beispielsweise Sollwert 50 °C – Hysterese 7 K ergibt eine Einschalttemperatur von 43 °C und eine Ausschalttemperatur von 50 °C.

Alternativ kann die Regelung mit einem externen Thermostaten erfolgen. Die Hysterese sollte 2K nicht überschreiten (2-Punkt-Regler).
Betriebsbedingungen:

Tab 6.8: Zulässige Betriebsbedingungen

Montage
Die Montage beschränkt sich auf die hydraulische Einbindung inkl. Sicherheitseinrichtungen und den elektrischen Anschluss des Fühlers.
Zubehör
Als Zubehör stehen Flanschheizungen mit Ableitwiderstand (isolierter Einbau), ausgelegt für emaillierte Warmwasserspeicher, zur thermischen Desinfektion zur Verfügung. Ebenso können die Einschraubheizkörper der CEHK-Baureihe in emaillierte Warmwasserspeicher mit zusätzlichem Einschraubstutzen 1 ½" eingebaut werden. Die Einschraubheizkörper CTHK verfügen über keinen Ableitwiderstand und dürfen deswegen nicht für emaillierte Speicherbehälter verwendet werden.

Abb. 6.3: Aufbau einer Flanschheizung

Tab. 6.9: Legende Flanschheizung

Abb. 6.4: Aufbau des Einschraubheizkörpers CEHK
Aufstellort
Der Speicher darf nur in einem frostfreien Raum aufgestellt werden. Die Aufstellung und Inbetriebnahme muss durch eine zugelassene Fachfirma erfolgen.
Wasserseitiger Anschluss
Der Kaltwasseranschluss muss nach DIN 1988 und DIN 4573 Teil 1 ausgeführt werden (siehe Abb. 6.5).

Da durch eine Zirkulationsleitung hohe Bereitschaftsverluste entstehen, sollte sie nur bei einem weitverzweigten Trinkwassernetz angeschlossen werden. Ist eine Zirkulation erforderlich, so ist sie mit einer selbsttätig wirkenden Einrichtung (z.B. zeit- oder druckgesteuert) zur Unterbrechung des Zirkulationsbetriebes auszurüsten.

Alle Anschlussleitungen inkl. Armaturen müssen gemäß länderspezifischen Normen (z.B. Deutschland Energieeinsparverordnung (EnEV)) gegen Wärmeverluste gedämmt werden. Schlecht oder gar nicht gedämmte Rohranschlussleitungen führen zu einem Energieverlust, der um ein Vielfaches größer ist als der Energieverlust des Speichers selbst. Im Heizwasseranschluss ist zwingend ein Rückschlagventil vorzusehen, um eine unkontrollierte Aufheizung bzw. Abkühlung des Speichers zu vermeiden. Die Ausblasleitung des Sicherheitsventils (Sicherheitsventilkombination) in der Kaltwasserzuleitung muss stets offen bleiben. Die Betriebsbereitschaft des Sicherheitsventils ist regelmäßig auf Funktion, z.B. durch Anlüften, zu überprüfen.

Entleerung
Eine Entleerungsmöglichkeit des Speichers muss bauseits in der Kaltwasseranschlussleitung vorgesehen werden.
Druckminderventil
Kann der max. Netzdruck den zulässigen Betriebsüberdruck von 10 bar übersteigen, so ist ein Druckminderventil in der Anschlussleitung zwingend erforderlich. Um jedoch Geräuschentwicklung (z.B. Druckschläge im Trinkwassernetz) zu mindern, sollte nach DIN 4709 der Leitungsdruck innerhalb von Gebäuden auf ein betriebstechnisch noch zulässiges Maß reduziert werden. Je nach Gebäudeart kann aus diesem Grunde ein Druckminderventil im Speicherzulauf sinnvoll sein.
Sicherheitsventil
Die Anlage muss mit einem bauteilgeprüften, zum Speicher hin nicht absperrbaren Sicherheitsventil ausgerüstet werden. Zwischen Speicher und Sicherheitsventil dürfen auch keine Verengungen, wie z.B. Schmutzfänger, eingebaut werden.

Beim Aufheizen des Speichers muss aus dem Sicherheitsventil Wasser ausfließen (-tropfen), um die Ausdehnung des Wassers aufzufangen bzw. einen zu großen Druckanstieg zu verhindern. Die Ablaufleitung des Sicherheitsventils muss frei, ohne jegliche Verengung, über einer Entwässerungseinrichtung münden. Das Sicherheitsventil ist an gut zugänglicher und beobachtbarer Stelle anzubringen, damit es während des Betriebs angelüftet werden kann. In der Nähe oder am Ventil selbst ist ein Schild mit der Aufschrift: „Während der Beheizung kann Wasser aus der Ausblasleitung austreten! Nicht verschließen!" anzubringen.

Es dürfen nur bauteilgeprüfte, federbelastete Membran-Sicherheitsventile verwendet werden. Die Abblasleitung muss mindestens in Größe des Sicherheitsventil-Austrittsquerschnitts ausgeführt sein. Werden aus zwingenden Gründen mehr als zwei Bögen oder eine größere Länge als 2 m erforderlich, so muss die gesamte Abblasleitung eine Nennweite größer ausgeführt sein. Außerdem sollte sie wie eine Abwasserleitung ein geringes Gefälle, vom Sicherheitsventil weg, aufweisen. Sie endet üblicherweise über einem kleinen Auffangtrichter, um zu erkennen, ob Wasser entweicht oder nicht. Mehr als drei Bögen sowie 4 m Länge sind unzulässig. Die Ablaufleitung hinter dem Auffangtrichter muss mindestens den doppelten Querschnitt des Ventileintritts aufweisen. Das Sicherheitsventil muss so eingestellt sein, dass der zulässige Betriebsüberdruck von 10 bar nicht überschritten wird.
Rückschlagventil, Prüfventil
Um einen Rückfluss des erwärmten Wassers in die Kaltwasserleitung zu verhindern, muss ein Rückschlagventil (Rückflussverhinderer) eingebaut werden. Die Funktion kann überprüft werden, indem das in Fließrichtung erste Absperrventil geschlossen und das Prüfventil geöffnet wird. Es darf bis auf das in dem kurzen Rohrstück vorhandene Wasser kein Wasser austreten.
Absperrventile
Es sind Absperrventile an dem in Abb. 6.10 dargestellten Speicher in den Kalt- und Warmwasseranschluss sowie den Heizwasservorlauf und -rücklauf einzubauen, dabei ist auf Trinkwassertauglichkeit der Armaturen zu achten (z.B. KTW-Zulassung).

Legende Absperrventil Druckminderungsventil Prüfventil Rückflussverhinderer Manometer-Anschlussstutzen Entleerungsventil Sicherheitsventil Zirkulationspumpe Abfluss Warmwasser Zirkulation (wenn erforderlich) Heizwasservorlauf* Heizwasserrücklauf* Kaltwasseranschluss nach DIN 1988

Abb. 6.5: Wasserseitiger Anschluss

Druckverluste
Bei der Dimensionierung der Ladepumpe für den Warmwasserspeicher sind die Druckverluste des innen liegenden Wärmetauschers zu berücksichtigen.
Temperatureinstellung bei Warmwasserbereitung mit der Heizungs-Wärmepumpe
Niedertemperatur-Wärmepumpen haben eine max. Vorlauftemperatur von bis zu 60 °C. Damit die Wärmepumpe nicht über den Hochdruck-Pressostat abschaltet, darf diese Temperatur während der Warmwasserbereitung nicht überschritten werden. Deshalb sollte die am Regler eingestellte Temperatur unter der maximal erreichbaren Speichertemperatur liegen.

Die max. erreichbare Speichertemperatur ist abhängig von der Leistung der installierten Wärmepumpe und der Heizwasser-Durchflussmenge durch den Wärmeübertrager (Glattrohrwärmetauscher). Die Bestimmung der maximal erreichbaren Warmwassertemperatur für Heizungswärmepumpen kann nach Kap. 6.2.3 erfolgen. Dabei sollte berücksichtigt werden, dass es durch die im Wärmetauscher gespeicherte Wärmemenge zu einer weiteren Nacherwärmung von ca. 3K kommt. Bei einer Warmwasserbereitung mit der Wärmepumpe kann die eingestellte Temperatur um 2 bis 3 K unter der gewünschten Warmwassertemperatur liegen.

6.2.3 Erreichbare Warmwasserspeichertemperaturen

Die maximale Warmwassertemperatur, die mit der Wärmepumpe erreicht werden kann, ist abhängig von:

• der Heizleistung (Wärmeleistung) der Wärmepumpe

• der im Speicher installierten Wärmeübertragerfläche und

• der Fördermenge (Volumenstrom) der Umwälzpumpe.

Die Auswahl des Warmwasserspeichers muss nach der max. Heizleistung der Wärmepumpe (Sommerbetrieb bei Luft/Wasser-Wärmepumpen bzw. hohe Wärmequellentemperaturen bei Sole/Wasser-Wärmepumpen) und der gewünschten Speichertemperatur (z.B. 50 °C) erfolgen.

Bei der Auslegung der Warmwasserladepumpe sind die Druckverluste des Speichers zu berücksichtigen.
Die maximal erreichbare Warmwassertemperatur ist von den oben aufgeführten Faktoren abhängig.
Ist die eingestellte Warmwassersolltemperatur (siehe auch Kapitel Steuerung und Regelung) zu hoch gewählt, so kann diese im reinen Wärmepumpenbetrieb nicht erreicht werden. Mittels Flanschheizung und aktivierter Nacherwärmung kann die eingestellte Warmwassersolltemperatur dennoch erreicht werden.
Wird im reinen Wärmepumpenbetrieb eine Warmwassertemperatur von 40 °C im Speicherbehälter erreicht empfiehlt es sich die o.a. Faktoren zu prüfen.

Kann die von der Wärmepumpe zur Verfügung gestellte Leistung nicht an den Warmwasserspeicher übertragen werden erfolgt ein Druckanstieg im Kältekreis. Bei Erreichen des maximal zulässigen Druckes im Kältekreis schaltet das Hochdrucksicherungsprogramm die Wärmepumpe automatisch ab und sperrt die Warmwasser-Erwärmung für maximal 2 Stunden.

Die integrierte Lernfunktion passt bei Warmwasserspeichern mit Fühlern die maximal erreichbare Temperatur – vor dem Erreichen des Maximaldruckes - automatisch an. Bedeutet: Warmwassertemperatur Maximum neu = aktuelle Ist-Temperatur im Warmwasserspeicher – 1 Kelvin.

Sind höhere Warmwassertemperaturen erforderlich, können diese bedarfsabhängig über

• eine elektrische Nacherwärmung (Flanschheizung im Warmwasserspeicher)

• 2. Wärmeerzeuger (ÖL- oder Gaskessel, Pelletkessel etc.)

erfolgen.

Beispiel:
Wärmepumpe mit einer maximalen Heizleistung von 14 kW und einer maximalen Vorlauftemperatur von 55°C
Warmwasserspeicher 400l-Speicher
Volumenstrom Warmwasser-Ladepumpe: 2,0 m³/h Es ergibt sich eine Warmwasser-Temperatur von: ~47 °C

Abb. 6.6: Auslegung eines Warmwasserspeichers am Beispiel WWSP 442

Berechnung der Wärmetauscherleistung (Registerleistung)

Die Leistung des Registers hängt von verschiedenen Faktoren ab:

• Fläche des Registers

• Materialeigenschaft

• Betriebsbedingungen

Hieraus lässt sich die Leistung des Registers berechnen:

Q = ∝ * A * ∆Tm

Beispiel:

4 m² Registerfläche in einem emaillierten Stahl-Behälter, Heizungsseite Vorlauf/Rücklauf = 58/48 °C, Kaltwassereintritt von 10 °C, Warmwassertemperatur 45 °C.

Folglich ergeben sich folgende Mitteltemperaturen: 53 °C auf der Heizungsseite und 27 °C auf der Brauchwasserseite und eine Mitteltemperaturdifferenz ΔT_m von 26 K

Berechnung der Zapfmengen (Dauerleistung)

Beispiel:
Bei einer Registerleistung von 32,2 kW soll Wasser von 10 °C auf 45 °C erwärmt werden.

Pro Sekunde werden also 219 g bzw. 200 ml Wasser von 10 °C auf 45 °C erwärmt. Das entspricht 13 Liter pro Minute oder 788 Liter in der Stunde.

6.2.4 Auslegungshilfe für Kombinations- und Warmwasserspeicher

Die Tabelle zeigt die Zuordnung von Warmwasserladepumpen und Speichern zu den einzelnen Wärmepumpen, bei denen im 1-Verdichter Wärmepumpenbetrieb 45 °C Warmwassertemperatur erreicht werden (Maximaltemperaturen der Wärmequellen: Luft: 25 °C, Sole: 10 °C, Wasser 10 °C, maximale Rohrleitungslänge zwischen Wärmepumpe und Speicher 10 m). Die maximale Warmwassertemperatur, die im reinen Wärmepumpenbetrieb erreicht werden kann, ist abhängig von:

• der Heizleistung (Wärmeleistung) der Wärmepumpe

• der im Speicher installierten Wärmetauscherfläche

• dem Volumenstrom in Abhängigkeit von Druckverlust und Förderleistung der Umwälzpumpe.

Tab. 6.10: Auslegungshilfe für Kombinations- und Warmwasserspeicher

6.2.4.1 Legionellen

6.2.4.1.1 Wie entstehen Legionellen in der Trink(warm)wasser-Installation

Legionellen sind meist in Stagnationswasser zu finden und treten bei einer Wassertemperatur zwischen 25 °C und 55 °C auf. Mögliche Ursachen fördern das Auftreten von Legionellen:

• Stagnation durch Überdimensionierung der Trinkwasserleitungen

• Übertriebenes Wassersparen der Nutzer

• Leerstand (z.B. unvermietete Wohneinheit) oder längere Abwesenheit der Bewohner (z.B. Ferienhaus)

• Kalk- und Schlammablagerungen in Rohrleitungen und Warmwasserspeichern, insbesondere bei „älteren" Gebäuden

• Fehlender hydraulischer Abgleich der Trinkwasserleitung

• Mangelnde Dämmung der Kalt- und Warmwasserleitungen

• Falsches Energiesparen durch Reduzierung der Vorlauftemperatur des Wärmeerzeugers

6.2.4.1.2 Wie können Legionellen in der Trink(warm)wasser-Installation vermieden bzw. entfernt werden

Thermische Desinfektion
Die thermische Desinfektion ist heute die beste Methode Legionellen im Trinkwasser vorzubeugen. Ab einer Temperatur von 55 °C können sich Legionellen nicht mehr vermehren, ab einer Wassertemperatur von 60 °C sterben diese ab. Um ein Abtöten der Legionellen zu gewährleisten müssen die Zapfstellen über einen Zeitraum von mindestens 3 Minuten mit heißem Wasser (> 60 °C) gespült werden, bei großen Objekten und Trinkwasseranlagen muss dies strangweise erfolgen.
Nachteile: Durch die hohen Temperaturen beim „Spülen" wird das Material anfälliger gegenüber Korrosion, insbesondere Schweißnähte, Lötstellen oder Dichtungen werden stark beansprucht, außerdem fällt durch die hohen Temperaturen vermehrt Kalk aus und lagert sich in den Rohrleitungen ab.

Legionellenschaltung
Die Legionellenschaltung ist eine periodische, thermische Desinfektion die dem Legionellen-Wachstum entgegensteuern soll. Der Warmwasserspeicher bzw. Trinkwassererwärmer und das komplette Trinkwarmwassernetz einschließlich der Entnahmestellen werden in einem definierten Turnus für mindestens 3 Minuten auf Temperaturen > 70 °C erwärmt. Wichtig dabei ist, dass alle Entnahme- oder Zapfstellen geöffnet sind. Die Legionellenschaltung ist eine vorbeugende Maßnahme und zeigt bei bereits kontaminierten Anlagen keine Wirkung.

Legionellen-Nachweis - Testverfahren
Das Trinkwasser vom Wasserversorgungsunternehmen ist in der Regel einwandfrei und hat beim Verlassen des Wasserwerks einen pH-Wert zwischen 6,5 und 9,5. Dieser Bereich des pH-Wertes ist gesetzlich verankert. Von der Hauseinspeisung bis zur Entnahmestelle kann das Trinkwasser jedoch durch diverse Verunreinigungen im Rohrsystem, Leitungen und Armaturen durch Bakterien oder Schwermetalle belastet werden. Durch eine Trinkwasseranalyse mit einem Bakterien-Schnelltest können mögliche Belastungen des Trinkwassers sicher und eindeutig identifiziert und quantifiziert werden. Diese Test empfiehlt sich besonders für Stichproben nach Umbaumaßnahmen im Objekt, bei Verdacht auf Kontamination oder Bedenken zum Schutz der Gesundheit.

Chemische Desinfektion
Werden die Grenzwerte der Trinkwasserverordnung für mikrobiologische Parameter in einer Trinkwasserinstallation überschritten, so muss die mikrobielle Kontamination umgehend beseitigt werden. Die baulichen Unterschiede erfordern meist einen individuellen Maßnahmenplan, der regelmäßige Präventionsmaßnahmen wie Rohrnetzspülungen oder den Einbau einer Ultrafiltrationsanlage miteinschließt. Die Desinfektion einer bereits kontaminierten Anlage erfolgt meist nachhaltig und effektiv durch Spülen des Trinkwassersystems mit Chlordioxid. Dabei werden nicht nur Legionellen abgetötet, sondern auch der in den Rohrleitungen festgesetzte Biofilm entfernt. Im Gegensatz zu reinem Chlor bauen Chlordioxidsysteme die Desinfektionswirkung nicht mit steigendem pH-Wert ab, zudem ist es auch schon bei sehr geringen Konzentrationen sehr wirksam und geruchlos. Dieser Vorgang sollte von einer zugelassenen Fachkraft durchgeführt werden, da bei unsachgemäßem Einsatz unerwünschte Nebenprodukte entstehen können.

6.2.4.2 Länderspezifische Anforderungen an die Trinkwasserqualität

6.2.4.2.1 Deutschland - DVGW – Arbeitsblatt W 551

Das DVGW-Arbeitsblatt W 551 definiert Bau- und Betriebsanforderungen an Anlagen zur Bereitstellung von hygienisch einwandfreiem Trinkwarmwasser unter besonderer Berücksichtigung und Maßnahmen zur Verminderung des Legionellen Wachstums in Trinkwasseranlagen. Unterschieden werden Kleinanlagen (Ein- und Zweifamilienhäuser) und Großanlagen (alle anderen Anlagen mit Speicherinhalten größer als 400 Liter und einem Leitungsinhalt größer 3 Liter zwischen Speicher und Entnahmestellen).

Anforderungen an Kleinanlagen

1. Abgrenzung / Allgemeines:

   1. Volumen des Trinkwasserspeichers < 400 Liter (gilt nicht für Ein- und Zweifamilienhäuser)

   2. Leitungsvolumen¹⁾ < 3 Liter

   3. Information des Nutzers zu Gesundheitsrisiken bei Betrieb mit geringen Temperaturen ist erforderlich

2. Bauanforderung:

   1. Erreichen einer Austrittstemperatur am Trinkwasserspeicher > 60 °C muss möglich sein

3. Betriebsanforderung:

   1. keine Vorgaben zur Betriebstemperatur, aber:

      • Empfehlung > 60 °C am Austritt des Trinkwasserspeichers

      • Temperaturen < 50 °C sollen vermieden werden

   2. Bei Bedarf (Nach längerem Stillstand): thermische Desinfektion²⁾ empfohlen

4. Zusammenfassung:
   Für Kleinanlagen wird eine Regler-Einstellung der Temperatur am Trinkwasserspeicher auf 60 °C empfohlen. Betriebstemperaturen unter 50 °C sollten aber in jedem Fall vermieden werden. Bei einem Einsatz von Niedertemperatur-Wärmepumpen sollte aus Gründen der Wirtschaftlichkeit die Nacherwärmung im Warmwasserspeicher durch eine elektrische Zusatzheizung erfolgen.

Anforderungen an Großanlagen

1. Abgrenzung

   1. Volumen des Trinkwasserspeichers > 400 Liter (gilt nicht für Ein- und Zweifamilienhäuser) oder

   2. Leitungsvolumen¹⁾ > 3 Liter

2. Bauanforderungen:

   1. Eine vollständige Aufheizung des Trinkwasserspeichers muss möglich sein (hierzu ggf. Mischeinrichtung erforderlich)

   2. Bei Leitungsvolumen¹⁾ > 3 Liter ist eine Zirkulationsleitung erforderlich

3. Betriebsanforderung:

   1. Austrittstemperatur am Trinkwasserspeichers > 60 °C; kurzzeitige, betriebsbedingte Unterschreitungen sind zulässig (z.B. Entnahme)

   2. Betriebstemperatur der gesamten Anlage dauerhaft > 55 °C. Daher: Abfall der Temperaturschichtung bis zum Anschlusspunkt der Zirkulationsleitung in den Trinkwasserspeicher < 5 K)

   3. Täglich 1x vollständige Aufheizung des Trinkwasserspeichers > 60°C

4. Zusammenfassung:
   Bei Großanlagen muss entweder das Wasser am Warmwasseraustritt des Speichers auf mindestens 60 °C erwärmt werden. Alternativ ist auch ein Austausch des kompletten Speichervolumens (Nutzinhalt) innerhalb von 72 Stunden zulässig.
   

¹⁾ „Leitungsvolumen" bezeichnet den Inhalt einer Rohrleitung vom Trinkwassererwärmer bis zur Entnahmestelle ohne den Inhalt des Rücklaufs zum Trinkwassererwärmer über eine Zirkulationsleitung. Betrachtet werden die einzelnen Leitungsstränge, nicht das Gesamtvolumen der Leitungsanlage.
²⁾ Zur thermischen Desinfektion werden min. 70 °C benötigt. Diese Temperatur muss nicht zwingend durch den Trinkwassererwärmer zu Verfügung gestellt werden. Auch eine externe Zusatzheizung ist möglich.

Tab. 6.11: Wasserinhalt je Leitungslänge für verschieden Rohrquerschnitte

6.2.4.2.2 Schweiz - SVGW Merkblatt TPW

Das Merkblatt „Legionellen in Trinkwasserinstallationen - Was muss beachtet werden?" zeigt auf, wo Probleme mit Legionellen im Trinkwasserbereich auftreten können und welche Möglichkeiten bestehen, das Risiko einer Erkrankung durch Legionellen wirkungsvoll zu verkleinern.

6.2.4.3 Zubehör zur Warmwasserbereitung - Durchflussmengenmessung DFM 1988-1 / DFM 1988-WPM

Der Durchflussmengenzähler DFM 1988 ist ein Mess- und Steuergerät mit dem die Zapfmenge eines zentralen Trinkwasserspeichers am Kaltwassereintritt erfasst wird. Gemäß DIN 1988-200 darf somit die Speichertemperatur bei hohem Warmwasseraustausch auf minimal 55 °C abgesenkt werden. Dies ermöglicht eine effizientere Beheizung des Warmwasserspeichers (z.B. mit einer Wärmepumpe).
Funktionsweise
Wird die Forderung für Trinkwasserinstallationen nach einem kompletten Austausch des Trinkwassers im Speicherbehälter innerhalb von 72 Stunden nicht eingehalten, wird ein Schaltausgang an der Elektronikeinheit des DFM 1988 zur Ansteuerung eines zweiten Wärmeerzeugers (Elektroheizstab) freigegeben. Dieser ermöglicht eine Aufheizung des Trinkwassers im Speicherbehälter auf eine Temperatur von größer 60 °C. Der geforderte Sollwert wird solange aufrechterhalten, bis der geforderte Wasseraustausch innerhalb von 72 Stunden stattgefunden hat. Der Schaltausgang für den zweiten Wärmeerzeuger ist aktiv, bis die Abschalttemperatur von 62 °C erreicht wurde. Eine Wiedereinschaltung erfolgt bei 60 °C.

Die Anlage ist vom Anlagenerrichter so zu dimensionieren, dass der geforderte Wasseraustausch innerhalb von 3 Tagen in der Regel erreicht wird. Der DFM 1988 dient zur Absicherung, um bei zu geringem Wasseraustausch die Warmwassertemperatur automatisch auf 60°C zu erhöhen. Das Wärmepumpensystem - bestehend aus Wärmepumpe und Speicher - ist so auszulegen, dass im reinen Wärmepumpenbetrieb unter normalen Bedingungen 55°C erreicht werden. Im bestimmungsgemäßen Betrieb mit hohen Wasseraustausch erzeugt der DFM 1988 keinen zusätzlichen Energieaufwand für den Elektroheizstab im Warmwasserspeicher, da die Wärmepumpe eine Warmwassertemperatur von 55°C erzeugt. In Anlagen ohne DFM 1988-1 in denen der erhöhte Wasseraustausch nicht sichergestellt werden kann, muss die Anlage dauerhaft mit 60°C betrieben werden. Bei Anlagen mit fest programmierten Sperrzeiten des Energieversorgers (z.B. 3 x täglich bis zu 2 Std.), sollte die Anlage so programmiert werden, dass vor dieser Sperrzeit eine Anhebung der Warmwassertemperatur auf 60°C erfolgt.

Aufbau des DFM 1988

Der DFM 1988 besteht aus einem Elektronikmodul zur Wandmontage, einem Turbinensensor zur Ermittlung der Zapfmenge und einem NTC-10 Temperaturfühler.

Abb. 6.7: Hydraulischer Aufbau DFM 1988-1

Warmwassertemperaturen von größer 50 °C sind gem. DIN 1988-200 zulässig, wenn im Betrieb ein Wasseraustausch in der Trinkwasser-Installation warm innerhalb von 3 Tagen sichergestellt werden kann. Berücksichtigt man den Einsatz einer Zirkulationsleitung mit 5 Kelvin Wärmeverlust in der Rücklaufleitung muss die Warmwasser-Austrittstemperatur mindestens 55 °C betragen.

Folglich muss die eingesetzte Wärmepumpe im bestimmungsgemäßen Betrieb in der Lage sein eine Warmwassertemperatur von 55 °C im Speicherbehälter dauerhaft zur Verfügung zu stellen, abhängig von der Heizleistung der Wärmepumpe, dem eingesetzten Warmwasserspeicher und dem Volumenstrom.

Die folgenden Wärmepumpen erreichen unter den u.a. Bedingungen im reinen Wärmepumpenbetrieb eine max. Warmwasseraustrittstemperatur von 55 °C

_{*Alternativ Umschaltung Heizen/Warmwasserbereitung mit 3-Wege Umschaltventil DWV 32, DWV 40, DWV 50.}

_{Die vom Wärmepumpenmanager angezeigte Warmwassertemperatur kann je nach Positionierung des Fühlers von der Warmwasseraustrittstemperatur abweichen}

Tab. 6.11a: Zulässige Anlagenkonfigurationen Wärmepumpe, DFM 1988-1 und Warmwasserspeicher

6.2.5 Hydraulische Verschaltung von Warmwasserspeichern

6.2.5.1 Verschaltung des Kombinationsspeichers PWD 750

Die nachfolgende Zeichnung zeigt die Warmwasserbereitung über einen Kombinationsspeicher PWD 750 mit Zirkulationsleitung. Im normalen Zapfbetrieb wird ein Teil des Trinkwassers über die Wärmetauscher des PWD 750 geführt und erwärmt. Über das eingebaute 3-Wege Ventil wird die gewünschte Warmwassersolltemperatur geregelt. Bei aktivierter Zirkulationspumpe wird ein Teil des Wasser über den Bypass in den oberen rechten Wärmetauscher geführt und dort erwärmt. Anschließend mischt das thermostatische 3-Wege Ventil das erwärmte Wasser der Zirkulationsleitung bei, bis die gewünschte Temperatur erreicht wird.

Kaltwasserzulauf PWD 750

Abb. 6.8: Einbindung des Zirkulationsrücklaufs in den Kaltwasserzulauf des Thermostatmischers

6.2.5.2 Kombination mehrerer Warmwasserspeicher

Bei einem hohen Wasserbedarf und der daraus erforderlichen Wärmepumpenleistung kann die dafür notwendige Wärmeübertragerfläche durch Parallel- oder Reihenschaltung der Wärmeübertragerflächen von Warmwasserspeichern realisiert werden. Dies ist in der Regel bei Wärmepumpenleistungen von ca. 28 KW bei der Warmwasserbereitung erforderlich, um ausreichend hohe Warmwassertemperaturen zu erzielen.

Abb. 6.9: Parallelschaltung von Warmwasserspeichern

Die Parallelschaltung ist nur mit identisch aufgebauten Warmwasserspeichern möglich. Bei der Verschaltung der Wärmeübertrager und des Warmwasseranschlusses sind die Rohrleitungen ab dem T-Stück zu beiden Speichern in gleichem Rohrdurchmesser und in gleicher Länge auszuführen (Tichelmann-Prinzip), um mit identischem Druckverlust die Volumenströme für die Be- und Entladung gleichmäßig aufzuteilen. (siehe Abb. 6.9)

Abb. 6.10: Reihenschaltung von Warmwasserspeichern

Bei der Reihenschaltung von Warmwasserspeichern ist zu berücksichtigen, dass das Heizwasser zunächst durch den Speicher geführt wird, aus dem das warme Trinkwasser entnommen wird. Zudem sind die im Gegensatz zur Parallelschaltung höheren Druckverluste bei der Auslegung der Warmwasserladepumpe zu berücksichtigen (siehe Abb. 6.10).

6.2.6 Speicherbehälter für die Warmwasserbereitung WWSP

6.2.6.1 Übersichtstabelle Warmwasserspeicher WWSP

¹Raumtemperatur 20 °C; Speichertemperatur 65 °C

Tab. 6.12: Technische Daten Warmwasserspeicher WWSP

6.2.6.2 Warmwasserspeicher WWSP 229

6.2.6.3 Warmwasserspeicher WWSP 335

6.2.6.4 Warmwasserspeicher WWSP 442

6.2.6.5 Warmwasserspeicher WWSP 556

6.2.6.6 Warmwasserspeicher WWSP 770

6.3 Warmwasserbereitung mit Frischwasserstationen

6.3.1 Kennzahlen zur Auslegung von Frischwasserstationen

Zur Auslegung einer Frischwasserstation ist es notwendig die jeweiligen Zapfmenge des Gebäudes zu kennen. Aus der nachfolgenden Tabelle kann der typische Warmwasserverbrauch für verschieden Verbraucher abgelesen werden.

Tab. 6.13: Typischer Warmwasserverbrauch

6.3.2 Funktionsweise einer Frischwasserstation

Die Frischwasserstation versorgt die Zapfstellen mit frischem Warmwasser. Die Erwärmung von Warmwasser erfolgt nur bei Bedarf im Durchflussprinzip über einen Edelstahl-Plattenwärmeübertrager.

Edelstahl-Plattenwärmetauscher Digitaler Frischwarmwasserregler Umwälzpumpe 3a) Umwälzpumpe Zirkulation (optional) Volumenstromzähler Rückschlagventil 5a) Rückschlagventil Zirkulation 8) Kugelhahn 9) Temperaturfühler 10) Schrägsitzventil 11) Kugelhahn (DVGW) A) Vorlauf Pufferspeicher B) Rücklauf Pufferspeicher C) Warmwasser D) Kaltwasser E) Anschluss Zirkulation F) Zirkulation

Abb. 6.16: Funktionsdarstellung Frischwasserstation

Die Energiezufuhr erfolgt durch Heizwasser mit einer Vorlauftemperatur von mindestens 50°C aus einem Pufferspeicher. Die Puffertemperatur bestimmt die max. Warmwassertemperatur. Das Heizwasser wird durch eine bedarfsgerecht geregelte Umwälzpumpe in der Frischwasserstation dem Wärmeübertrager zugeführt.

In ausreichend dimensionierten Frischwasserstationen wird das Heizungswasser in der Regel auf Temperaturen von 20°C bis 30°C abgekühlt. Damit eine möglichst hohe Schüttleistung erreicht werden kann sind Vermischungen im Pufferspeicher zu vermeiden. Dies betrifft insbesondere die Beladung mit der Wärmepumpe durch ihre maximale Spreizung von ca. 10 K. Um eine Durchmischung des Puffers im oberen Bereichs zu verhindern kann je nach verwendeten Pufferspeicher der Vorlauf der Wärmepumpe im mittleren Bereich eingebunden werden. Sollte dies nicht möglich sein so ist ein Mischventil zur Anhebung des Wärmepumpenrücklaufs (Rücklaufanhebung) zu installieren. Durch die Anhebung des Rücklaufes können ausreichend hohe Vorlauftemperaturen erreicht werden. Eine Rücklaufanhebung während der Zapfung sorgt somit für eine gute Anwendbarkeit bei Wärmepumpen.

6.3.3 Hydraulische Einbindung von Frischwasserstationen

Abb. 6.17: Hydraulische Einbindung Frischwasserstation mit Rücklaufanhebung

Abb. 6.18: Funktionsschema Frischwasserstation mit Zirkulationsanschluss

6.3.4 Einbindungsschemen Warmwasserbereitung

6.3.5 Legende

Tab. 6.14: Abkürzungsverzeichnis Einbindungsschemen

	thermostatgesteuertes Ventil
	Dreiwegemischer
	Vierwegemischer
	Ausdehnungsgefäß
	Sicherheitsventilkombination
	Temperaturfühler
	Vorlauf
	Rücklauf
	Wärmeverbraucher
	Absperrventil
	Absperrventil mit Rückschlagventil
	Absperrventil mit Entleerung
	Umwälzpumpe
	Überströmventil
	Dreiwegeumschaltventil mit Stellantrieb
	Zweiwegeventil mit Stellantrieb
	Sicherheitstemperaturwächter
	Hochleistungsentlüfter mit Mikroblasenabscheidung
	Elektroheizstab (Rohrheizung)
	Schmutzfänger
	Ausdehnungsgefäß
	Thermostat

Tab. 6.15: Symbolverzeichnis Einbindungsschemen

6.3.6 Einbindung Warmwasserbereitung

Warmwasserbereitung mit Umschaltventil YM 18  Ein Heizkreis mit doppelt differenzdrucklosem Verteiler	Konfiguration	Einstellung
Abb. 6.19: Einbindungsschema für den monoenergetischen Wärmepumpenbetrieb mit einem Heizkreis, Reihen-Pufferspeicher und Warmwasserbereitung	Betriebsweise Elektroheizung	Zusatzheizung im Puffer
	Heizkreis	Heizen
	Heizkreis	nein
	Warmwasser	ja mit Fühler
	Flanschheizung	ja
	Schwimmbad	nein
	Sicherstellung des Heizwasserdurchsatz über einen doppelt differenzdrucklosen Verteiler. Der Einsatz des doppelt differenzdrucklosen Verteilers DDV wird zum Anschluss von allen Wärmepumpen empfohlen. Die Umwälzpumpe (M16) im Erzeugerkreis ist nur bei laufendem Verdichter in Betrieb, um unnötige Laufzeiten zu vermeiden. Die Warmwasserbereitung erfolgt mit der Zusatzumwälzpumpe (M16) und dicht- schließendem Umschaltventil (YM18).

Warmwasserbereitung mit Umwälzpumpe M 18  Ein Heizkreis mit doppelt differenzdrucklosem Verteiler	Konfiguration	Einstellung
Abb. 6.20: Einbindungsschema für den monoenergetischen Wärmepumpenbetrieb mit einem Heizkreis, Reihen-Pufferspeicher und Warmwasserbereitung	Betriebsweise Elektroheizung	Zusatzheizung im Puffer
	Heizkreis	Heizen
	Heizkreis	nein
	Warmwasser	ja mit Fühler
	Flanschheizung	ja
	Schwimmbad	nein
	Sicherstellung des Heizwasserdurchsatz über einen doppelt differenzdrucklosen Verteiler. Der Einsatz des doppelt differenzdrucklosen Verteilers DDV wird zum Anschluss von allen Wärmepumpen empfohlen. Die Umwälzpumpe (M16) im Erzeugerkreis ist nur bei laufendem Verdichter in Betrieb, um unnötige Laufzeiten zu vermeiden. Die Warmwasserbereitung erfolgt mit der Zusatzumwälzpumpe (M16) und dicht- schließendem Umschaltventil (YM18).

6.4 Warmwasser-Erwärmung mit der Warmwasser-Wärmepumpe

Die Warmwasser-Wärmepumpe ist ein anschlussfertiges Heizgerät und besteht im Wesentlichen aus dem Warmwasserspeicher, den Komponenten des Kältemittel-, Luft- und Wasserkreislaufes, sowie allen für den automatischen Betrieb erforderlichen Steuer-, Regel- und Überwachungseinrichtungen. Die Warmwasserwärmepumpe nutzt, unter Zufuhr elektrischer Energie, die Wärme der angesaugten Luft für die Warmwasserbereitung.

Mit fallender Temperatur der angesaugten Luft sinkt die Wärmepumpenheizleistung und verlängert die Aufheizdauer. Die Wirtschaftlichkeit des Betriebs erhöht sich durch steigende Luftansaugtemperaturen.
Die wasserseitige Installation ist nach DIN 1988 entsprechend auszuführen. Die Warmwasser-Wärmepumpe ist anschlussfertig verdrahtet, es ist nur der Netzstecker in die bauseits installierte Schutzkontakt-Steckdose zu stecken.

In der Warmwasser-Wärmepumpe ist ein elektrischer Zusatzheizstab integriert. Dieser erfüllt mehrere Funktionen:

Zusatzheizung
Durch parallelen Betrieb der Wärmepumpe wird die Aufheizzeit des Wassers verkürzt.

Frostschutz
Sinkt die Lufteintrittstemperatur unter 8 ±1,5 °C, schaltet sich der elektrische Heizstab automatisch ein und erwärmt das Wasser (nominal) bis zur eingestellten Sollwert-Warmwassertemperatur. Bei der DHW-Wärmepumpe wird unterhalb von - 8°C +-1,5°C der Heizstab automatisch eingeschaltet und der Wärmepumpenbetrieb deaktiviert. Unterhalb einer Temperatur von 8°C wird der Heizstab hinzugeschaltet, wenn die eingestellte Sollwerttemperatur nach einer Zeit von 8 Stunden nicht erreicht wurde. Diese Funktion ist inaktiv, wenn durch einen zweiten Wärmeerzeuger das Brauchwasser über den innenliegenden Wärmetauscher erhitzt wird. Die in der Frostschutzfunktion durch den Heizstab erzeugte Warmwassertemperatur kann über den eingestellten Sollwert steigen!

Notheizung
Bei einer Störung der Wärmepumpe kann durch den Heizstab die Warmwasserversorgung aufrecht erhalten werden.

Thermische Desinfektion
An der Bedienfeldtastatur können im Menü thermische Desinfektion Wassertemperaturen über 60 °C (bis 75 °C) programmiert werden. Diese Temperaturen werden oberhalb 60 °C durch den elektr. Heizstab erreicht. Für das Erreichen höherer Temperaturen ist die Stellschraube am Gehäuse des Temperaturreglers auf Rechtsanschlag zu stellen.

Kondensatablauf Der Kondensat-Schlauch ist auf der Geräterückseite angebracht. Er ist so zu verlegen, dass das anfallende Kondensat ohne Behinderung abfließen kann und ist in einen Siphon abzuleiten.

6.4.1 Funktionsbeschreibung der Warmwasser-Wärmepumpe

Am Regler der Warmwasser-Wärmepumpe können verschiedene Betriebsarten bzw. Zeitprogramme eingestellt werden. Bei einigen Typen besteht weiterhin die Möglichkeit, über einen integrierten Wärmeübertrager einen 2.Wärmeerzeuger zuzuschalten. Alle Warmwasser-Wärmepumpen können aufgrund der SG Ready-Funktion mit einer Photovoltaik-Anlage kombiniert werden.
Betriebsarten
Am Regler können maximal zwei unabhängige Sperrzeiten programmiert werden. Während der Sperrzeiten wird der Speicher auf einer einstellbaren Mindesttemperatur gehalten, um einen Komfortverlust zu vermeiden. Alle anderen Programme sind während dieser Zeit möglich. Durch den integrierten Heizstab wird der Speicher nachgeheizt, sobald die Einsatzbereiche der Wärmepumpe unterschritten werden. Zusätzlich kann über die Taste ‚Schnellheizen' gewählt werden, ob der Heizstab innerhalb einer bestimmten Zeit oder ob er dauerhaft aktiv sein soll.

Lüftung
Die Funktion Lüftung kann manuell aktiviert werden. Sie kommt zum Tragen, wenn die Wärmepumpe aus ist, d.h. keine Warmwasser-Anforderung beseht. Der Ventilator der Wärmepumpe läuft gemäß dem eingestellten Sollwert weiter. Dies soll unabhängig vom Wärmepumpenbetrieb eine Mindestabluft sicher stellen z.B. bei gewerblicher Abwärmenutzung.

Kombination mit einem zweiten Wärmeerzeuger
Mit Hilfe des integrierten Rohrwärmeübertragers kann ein vorhandener Wärmeerzeuger (2. Wärmeerzeuger) oder eine Solaranlage zur Aufheizung des Speichers genutzt werden. Dazu kann eine Umwälzpumpe durch die integrierte Regelung angesteuert werden.

Die Nutzung eines 2. Wärmerzeugers muss im Menü aktiviert werden. Er wird dann angefordert, wenn die Einsatzbereiche der Wärmepumpe verlassen werden. D.h. wenn die untere oder obere Lufteintrittsgrenze oder die maximal zulässige Warmwassertemperatur überschritten werden. Der 2. Wärmeerzeuger hat in diesem Fall Vorrang vor dem elektrischen Heizstab in der Wärmepumpe. Beim Aktivieren des 2. Wärmeerzeugers kann abweichend von der unteren Einsatzgrenze der Lufttemperatur zusätzlich eine Umschalttemperatur gewählt werden. Wird diese Temperatur unterschritten, so wird der Wärmepumpenbetrieb bereits ab der eingestellten Temperatur gesperrt und der 2. Wärmeerzeuger genutzt.
Alternativ kann die Warmwasser-Wärmepumpe auch in Kombination mit einer thermischen Solaranlage betrieben werden. Sobald ein Solarertrag erkannt wird, wird die Solar-Umwälzpumpe eingeschaltet und die Wärmepumpe gesperrt. Ist kein Solarertrag mehr vorhanden oder ist ein Temperaturgrenzwert am Kollektor oder im Speicher überschritten, wird die Umwälzpumpe wieder ausgeschaltet. Die Solarfunktion hat Vorrang vor dem Wärmepumpenbetrieb und dem Heizstab.

Kombination von Warmwasser-Wärmepumpe und einer Photovoltaik-Anlage
Warmwasser-Wärmepumpen können auch mit einer Photovoltaik-Anlage kombiniert werden. Dazu kann der Regler der Wärmepumpe über einen potentialfreien Eingang mit einer zusätzlichen Auswerteeinheit (z. B. Wechselrichter) verschaltet werden - diese muss über einen potentialfreien Schließer-Kontakt verfügen. Ist im Modus "Photovoltaik" ausreichend Leistung aus der Photovoltaik-Anlage zur Verfügung, startet die Wärmepumpe über den Schließer-Kontakt und regelt auf einen einstellbaren, höheren Warmwasser-Sollwert für den Photovoltaik-Betrieb. Dabei hat die Solarfunktion Vorrang gegenüber der Photovoltaikfunktion. Der Betrieb der Wärmepumpe mit Strom aus der Photovoltaikanlage wird im Display angezeigt.

Abb. 6.21: Warmwasser-Wärmepumpe kombiniert mit einer Photovoltaik-Anlage

Reicht die Leistung der Photovoltaik-Anlage nicht aus, wird die Warmwasser-Wärmepumpe ausschließlich mit Strom aus dem Netz des Energieversorgers betrieben. Überschüssiger Solarstrom wird über einen Wechselrichter ins Stromnetz eingespeist.

Bei den Warmwasser-Wärmepumpen mit innen liegendem Zusatzwärmeübertrager schaltet bei Bedarf ein Relais mit potentialfreiem Kontakt automatisch einen 2. Wärmeerzeuger zu.

Abb. 6.22: Anschlüsse und Abmessungen der Warmwasser-Wärmepumpe mit innen liegendem Zusatz-Wärmeübertrager ¹⁾ alternative Kondensatführung

Abb. 6.23: Anschlüsse und Abmaße der Warmwasser-Wärmepumpe BWP 30HLW mit innen liegendem Zusatz-Wärmeübertrager

6.4.2 Aufstellung

Für die Wahl des Gerätestandortes gilt:

• Die Warmwasser-Wärmepumpe muss in einem frostfreien und trockenen Raum aufgestellt werden.

• Die Aufstellung und die Luftansaugung darf ferner nicht in Räumen erfolgen, die durch Gase, Dämpfe oder Staub explosionsgefährdet sind.

• Die angesaugte Luft darf nicht übermäßig verunreinigt bzw. stark staubbelastet sein.

• Wenn durch den Betrieb der Warmwasser-Wärmepumpe eine Abkühlung des Aufstellraumes erfolgt, so ist der Raum zu angrenzenden Wohnräumen zur Vermeidung von Feuchteschäden (Wärmebrücken) zu dämmen.

• Das anfallende Kondensat muss frostfrei abgeführt werden.

• Der Untergrund muss eine ausreichende Tragfähigkeit aufweisen.

• Für einen störungsfreien Betrieb, sowie für Wartungs- und Reparaturarbeiten sind Mindestabstände gemäß Montage- und Gebrauchsanweisung einzuhalten.

Abb. 6.24: Aufstellungsbedingungen für freies Ansaugen und Ausblasen der Prozessluft. ^*) Mindestabstand der Ausblasöffnung des Luftführungsbogens zur Wand beträgt 1,2 m

Wahlweise können sowohl auf der Ansaug- als auch auf der Ausblasseite Luftleitungen angeschlossen werden, die eine Gesamtlänge von 10 m nicht überschreiten dürfen. Als Zubehör sind flexible, schall- und wärmeisolierte Luftschläuche DN 160 erhältlich.

6.4.3 Luftführungsvarianten

Variable Umschaltung der Ansaugluft
Ein Rohrkanalsystem mit integrierten Bypass-Klappen ermöglicht die variable Nutzung der Wärme in der Außen- oder Raumluft zur Warmwasserbereitung (untere Einsatzgrenze: + 8 °C).

Abb. 6.25: Variable Umschaltung der Ansaugluft

Ankühlung im Umluftbetrieb Raumluft wird über einen Luftkanal z.B. aus dem Vorratsraum oder Weinkeller abgesaugt, in der Warmwasser-Wärmepumpe angekühlt sowie entfeuchtet und wieder eingeblasen. Als Aufstellort eignet sich dabei der Hobby-, Heizungs- oder Hauswirtschaftsraum. Zur Vermeidung von Schwitzwasserbildung sind Luftkanäle im Warmbereich diffusionsdicht zu isolieren.

Abb. 6.26: Ankühlung im Umluftbetrieb

Entfeuchten im Umluftbetrieb Entfeuchtete Raumluft im Hauswirtschaftsraum unterstützt die Wäschetrocknung und vermeidet Feuchteschäden

Abb. 6.27: Entfeuchten im Umluftbetrieb

Abwärme ist Nutzwärme
Der optional eingebaute Wärmetauscher einer Warmwasser-Wärmepumpe ermöglicht den direkten Anschluss an einen zweiten Wärmeerzeuger z.B. Solaranlage oder Heizkessel.

Abb. 6.28: Abwärmenutzung mit Brauchwasserwärmepumpe

6.5 Wohnungslüftungsgeräte mit Warmwasserbereitung

Neue Werkstoffe und Baumaterialien sind die Grundsteine für einen deutlich reduzierten Heizenergieeinsatz. Eine optimierte Dämmung bei gleichzeitig dichter Außenhülle des Gebäudes sorgt dafür, dass fast keine Wärme mehr nach außen verloren geht. Insbesondere extrem dichte Fenster unterbinden den notwendigen Luftaustausch im Alt- und Neubau. Ein Effekt, der die Raumluft stark belastet. Wasserdampf und Schadstoffe reichern sich in der Luft an und müssen aktiv abgelüftet werden.
Richtig Lüften, aber wie?
Die wohl einfachste Art der Wohnraumlüftung ist die Lufterneuerung über ein geöffnetes Fenster. Zur Aufrechterhaltung eines akzeptablen Wohnraumklimas wird die regelmäßige Stoßlüftung empfohlen. Diese mehrmals täglich in allen Räumen durchzuführende Tätigkeit ist lästig, zeitraubend und vielfach schon alleine aufgrund von Lebens- und Arbeitsgewohnheiten nicht durchführbar.

Eine automatische Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung sorgt energie- und kostenbewusst für den hygienisch und bauphysikalisch notwendigen Luftwechsel.
Vorteile von Wohnungslüftungsgeräten

• Frische, saubere Luft ohne Raumluftschadstoffe und überhöhte Luftfeuchtigkeit

• Automatische Sicherstellung der notwendigen Luftwechselzahl ohne aktives Zutun

• Reduzierte Lüftungsverluste durch Wärmerückgewinnung

• Integrierbare Filter gegen Insekten, Staub und staubähnliche Luftverunreinigungen

• Abschirmung von Außenlärm und erhöhte Sicherheit bei geschlossenen Fenstern

• Positive Bewertung nach Energieeinsparverordnung (EnEV)

Der Einsatz einer mechanischen Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung ist in vielen Fällen unverzichtbar. Vor der Entscheidung für ein Lüftungssystem sollte die Art und Weise der Abwärmenutzung geklärt werden.
Für die Be- und Entlüftung von Wohneinheiten ist es sinnvoll, die Abluft als Energiequelle für die Warmwasserbereitung zu nutzen, da in einem Gebäude ganzjährig sowohl ein Lüftungs- als auch Warmwasserbedarf besteht. Bei erhöhtem Warmwasserbedarf ist zusätzlich ein zweiter Wärmerzeuger zu integrieren.

6.6 Komfort- und Kostenvergleich bei verschiedenen Möglichkeiten der Warmwasser-Erwärmung

6.6.1 Dezentrale Warmwasser-Versorgung (z.B. elektrischer Durchlauferhitzer)

Vorteile

• geringe Investitionen

• äußerst geringer Platzbedarf

• kein zusätzlicher Heizleistungsbedarf für die Warmwasserbereitung der Heizungswärmepumpe notwendig

  • keine Stillstands- und Zirkulationsverluste

Nachteile

• höhere Betriebskosten

• höhere Netzanschlussleistungen und Leitungsquerschnitte nötig

6.6.2 Elektrostandspeicher

Vorteile

• geringe Investitionen

• höhere Warmwasser-Temperaturen im Speicher möglich

• größere Verfügbarkeit der Wärmepumpe für Heizung (besonders bei monovalentem Betrieb und Sperrzeiten).

  • Nutzung von Photovoltaik möglich (Eigenverbrauch)

Nachteile

• höhere Betriebskosten

  • stärkere Verkalkung bei höheren Temperaturen

  • längere Aufheizzeiten

6.6.3 Warmwasser-Wärmepumpe

Vorteile

• am Aufstellort (z.B. Vorratskeller) kann im Sommer ein Kühl- bzw. Entfeuchtungseffekt erzielt werden

  • kein zusätzlicher Heizleistungsbedarf für die Warmwasserbereitung der Heizungswärmepumpe notwendig

• einfache Einbindungsmöglichkeit von solarthermischen und Photovoltaik-Anlagen

• höhere Warmwasser-Temperaturen im reinen Wärmepumpenbetrieb

Nachteile

• lange Wiederaufheizzeiten des Warmwasserspeichers durch geringe Nachheizleistung

  • Auskühlung des Aufstellungsraumes im Winter (bei Raumluft abhängiger Betriebsweise)

6.6.4 Wohnungslüftungsgerät mit Warmwasserbereitung

Vorteile

• komfortable Wohnungslüftung zur Sicherstellung hygienischer Luftwechsel

• Warmwasserbereitung durch ganzjährige aktive Wärmerückgewinnung aus der Abluft

• größere Verfügbarkeit der Wärmepumpe für Heizung (besonders bei monovalentem Betrieb und Sperrzeiten)

  • einfache Einbindungsmöglichkeit von solarthermischen Anlagen

• höhere Warmwasser-Temperaturen im reinen Wärmepumpenbetrieb

Nachteile

• wesentlich längere Wiederaufheizzeiten des Warmwasserspeichers im Wärmepumpenbetrieb

• bei hohem Warmwasserbedarf ist die Kombination mit einem 2. Wärmeerzeuger notwendig

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