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Wie funktioniert eigentlich die Versorgung von Wohnungsstationen

Elmar Held
Inhalt

Grundsätzliches zu ­Wohnungs­stationen

In Wohnungsstationen wird entweder das Heizungswasser in die jeweilige Wohnung an die Heizflächen übergeben, oder es wird über einen Wärmetauscher gepeitscht, um Trinkwasser im Durchflussprinzip zu erwärmen.

Für den Nutzer des in diesem Bericht skizzierten Beispiels bedeutet dies, dass entweder seine Heizkörper durchströmt werden oder mittels Wärmetauscher in der Station das Trinkwasser erwärmt wird. Es reicht daher aus, dass zu jeder Wohnung eines Mehrfamilienhauses das Heizungswasser zirkuliert.

Da es sich beim Heizungswasser ausdrücklich nicht um Trinkwasser für den  menschlichen Gebrauch handelt, ist es unbedenklich, wenn es denn verkeimen würde oder es irgendwie anders altert. In kühler Entfernung zur Heizungsleitung und gut gegen Fremd- und Umgebungswärme gedämmt, führt noch eine Kaltwasserleitung in jede Wohnung.

Es besteht immer die Option, dieses kalte Wasser direkt zu zapfen oder es vorweg zu erhitzen. Das stagnierende Volumen an kaltem und warmem Wasser ­innerhalb der Wohnung ist in der Regel geringer als 3 Liter. Nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik ist es also nicht notwendig, das warme Wasser zirkulieren zu lassen. Das sind insgesamt ideale Voraussetzungen für den effizienten Betrieb einer Heizung und insbesondere für eine Wärmepumpe als Wärmeerzeuger. Die Wärmepumpe wird deshalb so deutlich erwähnt, weil es aus energetischer Sicht besonders nachteilig ist, wenn eine Wärmepumpe hohe Temperaturen erzeugen soll. Insbesondere für die Hygiene von Warmwasserinstallationen sind diese hohen Temperaturen oft jedoch notwendig.

Es sei denn, und jetzt landen wir wieder beim eigentlichen Thema, es handelt sich um Wohnungsstationen, die das Trinkwasser im Duchlauf und direkt vor Ort erzeugen. Der elektrische Durchlauferhitzer ist das entsprechende Bauteil uralter Art. Vorteil der Wohnungsstationen gegenüber einem elektrischen Durchlauferhitzer ist die geringere elektrische Anschlussleistung jeder einzelnen Wohnung eines Hauses.

Zusätzlich ist derzeit die erzeugte Kilowattstunde einer Heizungsanlage günstiger als diese aus rein elektrischer Energie. Die Kilowattstunde Strom ohne Umwege in Wärme umzuwandeln kostet ungefähr 24 Cent. Eine guter Brennwertkessel kann das derzeit für 6 Cent und kostet daher nur ein Viertel der Energiekosten. Desweiteren ist ein elektrischer Durchlauferhitzer meistens auf eine maximale Leistung von 28 kW beschränkt. Wohnungsstationen können da noch einen draufsatteln, wie man in dem folgenden Beispiel gleich erkennt.

Problem der Gleichzeitigkeit

In dem hier skizzierten 6-Familienhaus sollen sechs Bäder installiert sein. Jede Wohnung soll natürlich auch angenehm beheizt werden. Unabhängig von weiteren Betrachtungen soll nur kurz berechnet werden, wie hoch die Momentanleistung wäre, falls die gleichzeitige Versorgung der Duschen in den Bädern und der Beheizung der jeweiligen Wohnungen geplant werden müsste.

Folgende Annahmen werden getroffen:

  • Im jeweiligen Bad soll 17 l pro Minute mit 45 °C entnommen werden können. Dazu muss das Wasser von 10 °C auf 45 °C erwärmt werden. Das ergibt einen angenehmen, kräftigen Duschstrahl.
  • Jede Wohnung soll eine Heizlast von 3 kW haben.
  • Zusammen mit der Beheizung wären daher rund 44,5 kW pro Wohnung gefordert, bei jeweils gleichzeitiger Anforderung.
  • In dem 6-Familienhaus würden daher rechnerisch 6 x 44,5 kW = 267 kW angesetzt werden.
So sieht die Technische Universität in Dresden die Gleichzeitigkeiten für ein Anlage mit 14 Wohneinheiten.

Wer jemals die Heizzentrale eines 6-Familienhauses betrachtet hat, wird eine solche Leistung darin niemals vorgefunden haben. Die liegt gewöhnlich deutlich darunter. Woran das liegt, kann man schon erahnen. Das Wort „gleichzeitig“ ist der Schlüssel.

Duschordnung oder was?

Der Grund dafür, dass dieses Worst-Case-Szenario mit 267-kW-Kessel nicht eintritt, liegt nicht etwa an einer Absprache der Hausbewohner oder einem Aushang im Hausflur mit verpflichtender Duschordnung. Nein, die Bewohner des Hauses werden erfahrungsgemäß niemals gleichzeitig duschen.

Und je mehr Parteien oder Wohnungen sich in diesem Haus befinden, desto geringer wird die Wahrscheinlichkeit für eine gleichzeitige Nutzung sämtlicher Duschen. Untersucht worden ist dieses Verhalten bereits mehrfach in Deutschland. In vergangenen Zeiten mit äußerst günstigen Energiepreisen, hatte man noch mit großen Sicherheitszuschlägen die Wahrscheinlichkeit für eine gleichzeitige Nutzung recht hoch angesetzt.

Gewissermaßen wurden also die in der Praxis gemessenen Werte mit Zuschlägen gefüttert. Da wurde schlicht auf Versorgungssicherheit gesetzt. In der Folge waren die Trinkwasserspeicher viel zu groß und anfällig für Probleme in Sachen Hygiene. In Zeiten hoher Energiepreise und hygienischer Trinkwasserversorgungen stoppte man den Wildwuchs großer Anlagen.

Man schaute genauer hin und versuchte angepasste Verbräuche zur Dimensionierung heranzuziehen. Sehr verbreitet und praxisbewährt ist da die Gleichzeitigkeitskurve aus der Technischen Universität Dresden, die in diesem Bericht als Diagramm dargestellt wird.

Sieht und liest man diese Kurve, staunt man nicht schlecht. Auf der X-Achse (waagerecht) ist die reale Anzahl von Wohnungen aufgetragen, die von einer gemeinsamen Heizung mit Warmwasser versorgt wird. Auf der Y-Achse (senkrecht) ist das Verhalten bezogen auf die gleichzeitige Nutzung der warmwasserzapfenden Wohneinheiten (WE) aufgetragen. Schaut man weit rechts an der blauen Kurve, sieht man, dass beispielsweise in einem Haus mit elf WE eine gleichzeitige Nutzung in weniger als drei WE wahrscheinlich ist.

Aufgrund dieser Vorausschau der Dresdner Uni lässt sich also schlussendlich ein deutlich kleineres Versorgungsnetz in solchen Mehrfamilienhäusern aufbauen als bei dem Szenario, dass die Bewohner gleichzeitig duschen. Das betrifft dann letztlich die Trinkwasserversorgung und Heizung gleichermaßen.

Wohlige Wärme während des Duschens, das schaffen nur Anlagemechaniker

Und in der Realität?

Es hat sich gezeigt, dass es ausreicht die volle Gleichzeitigkeit für die Beheizung der Räume anzunehmen und für die Trinkwassererwärmung nur die Kurve der Dresdner TU zu beachten.

Für die Praxis bedeutet das, dass man die in dem Strangschema gezeigte Teilstrecke 1 (TS 1) für insgesamt sechs WE dimensionieren muss.

Bleiben wir bei dem Beispiel mit je 3 kW Heizleistung für die Heizkörper jeder einzelnen Wohnung, so ergibt sich für die TS 1 eine Transportleistung von 18 kW nur zu Beheizung.

Falls in einem 6-Familienhaus eine Trinkwasserinstallation über Wohnungsstationen installiert ist, kommen laut Diagramm 2,45 der Wohnungen gleichzeitig zum Zuge. Man nimmt dann also gedanklich drei Duschen in Betrieb, da ja wohl kaum jemand nur seinen dicken Zeh wässert, um die anderen im Hause nicht zu schockieren. Es wird also immer auf volle  Nutzer aufgerundet.

Für die Teilstrecke 1 bedeutet das:

  • 18 kW plus 3 × 41,5 kW ergibt 142,5 kW

An der TS 2 hängen noch vier Wohnungen mit zusammen 12 kW zur Beheizung und statistisch aus dem Diagramm abgelesenen zwei gleichzeitig betriebenen Warmwasserbereitungen. Das macht zusammen:

  • 12 kW plus 2 × 41,5 kW ergibt 95 kW

An der TS 3 hängen noch zwei Wohnungen mit zusammen 6 kW zur Beheizung und statistisch aus dem Diagramm abgelesenen 1,4 gleichzeitig betriebenen Warmwasserbereitungen,die dann allerdings wieder auf volle 2,0 aufgerundet werden müssen:

  • 6 kW plus 2 × 41,5 kW ergibt 89 kW

Und der Wärmeerzeuger?

Man sieht offensichtlich immer noch enorm hohe Leistungen, die tatsächlich abgerufen werden könnten: In der Spitze für die TS werden immerhin 142,5 kW gefordert. Aber diese Leistung muss ja nicht zwingend zeitgleich mit der Nutzung vom Wärmeerzeuger kommen.

Schon in einem 6-Familienhaus mit nur einem Versorgungsstrang wirk klar, dass man anhand realistischer Annahmen bezüglich der Gleichzeitigkeit sinnvoll dimensionieren kann

Während geduscht wird, muss ja nicht im Keller ein 142-kW-Kessel donnern. Der Wärmeerzeuger kann sich den ganzen Tag mit kleiner Leistung auf diesen Kraftakt vorbereiten. Während der Vorbereitung hat er das Heizungswasser des Pufferspeichers auf Temperatur gebracht. Je nach Anzahl der WE kann man den Speicher in der Größe anpassen.

Beides, also Speicher und Wärmeerzeuger sollten natürlich aufeinander abgestimmt sein. Im Laufe eines Beheizungstages und eines Duschtages muss der Wärmeerzeuger die Energie aufbringen können zur kompletten Abdeckung der gesamten abgegebenen Energie dieses Tages.

An dieser Stelle wird deutlich, wie optimiert die einzelnen Komponenten sein müssen, um die entsprechend hohen Anforderungen an Komfort und Effizienz bedienen zu können. Und das Heizungsrohrnetz ist nun auch klar.

 

Dieser Artikel von Elmar Held ist zuerst erschienen in SBZ Monteur 1 / 2018.

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