Trinkwassererwärmung im Durchfluss mit Strahlpumpentechnik
Kombi aus Wärmeübertragerstation, Strahlpumpe und PV für geringeren Energieverbrauch in der TW-ErwärmungDurchflussprinzip statt Speichersystem. Eine Wärmeübertragerstation in Kombination mit geregelter Strahlpumpentechnik erwärmt Trinkwasser in Gebäuden entsprechend dem Durchlauferhitzerprinzip. Die Legionellengefahr wird geringer und es kann zudem Energie eingespart werden. Und ein „Plus“: Photovoltaik (PV) in Verbindung mit einer elektrischen Wärmequelle kann zudem den Verbrauch von Fernwärme reduzieren.
Geregelte Strahlpumpe vor Plattenwärmeübertager
Die Beimischregelung von Vorlauf und Rücklauf mittels geregelter Strahlpumpe bewirkt eine angepasste Eintrittstemperatur in den Wärmeübertrager und eine erhöhte Wassermenge im Teillastfall gegenüber einer einfachen Regelung mit einem Durchgangsregelventil. Mit einer erhöhten Wassermenge durch die Strahlpumpe wird der Wärmeübergang verbessert. In einem Lastbereich von beispielsweise ca. 3 % wird im Vergleich zur Drosselschaltung die etwa 9-fache Wassermenge über dem Wärmeübertrager umgewälzt. Diese Wassermenge garantiert ein stabiles Regelverhalten auch in kleinen Lastbereichen, z. B. nachts bei der alleinigen Erwärmung des Trink-Zirkulationswassers (Bild 1).
Damit ergeben sich Vorteile für die Beimischschaltung mittels Strahlpumpenregelung:
Verringerung von Materialspannungen am Wärmeübertrager,
Verringerung der Verkalkung durch die Temperaturanpassung,
Ausregelung von Druckschwankungen im Primärnetz des Wärmeversorgers,
Vergrößerung der zirkulierenden Wassermenge auf der Primärseite des Wärmeübertragers im Teillastbetrieb,
Stabiles Regelverhalten von 1 bis 100 % Lastschwankungen
Schnelle Reaktionszeiten durch Kaskadenregelung.
Steigerung der Nachhaltigkeit mit PV
Die Erwärmung von Trinkwasser mithilfe von PV wird zunehmend populär, da sie eine umweltfreundliche Alternative zur klassischen Trinkwarmwasserbereitung bietet. Die Kombination von PV mit einem elektrischen Heizsystem, wie beispielsweise einer zusätzlichen Heizwendel im Vorratsbehälter auf der Primärseite, macht es möglich Sonnenstrom direkt für die Trinkwassererwärmung zu nutzen. Die Speicherung überschüssigen PV-Stroms in Batteriespeichern erlaubt die Trinkwassererwärmung auch abends oder an bewölkten Tagen. Die Ergänzung dieses Systems mit PV steigert die Nachhaltigkeit der Trinkwassererwärmung im Durchflusssystem mit Strahlpumpentechnik, da die Menge der verbrauchten Fernwärme so entsprechend geringer wird.
Die richtige Hydraulik, moderne Regelungstechnik und schnelle Antriebe ermöglichen Reaktionszeiten für Durchfluss-Systeme in wenigen Sekunden. Systeme mit primärseitigem Vorratsbehälter sind bei Anwendungen mit hohen Spitzenlastfällen oder für Heizungsergänzung über PV-Strom sinnvoll.
Die Besonderheit ist in diesem Fall der primärseitige Vorratsbehälter in der Rücklauf-Ansaugleitung der Strahlpumpe (Bild 2). So wird die Erwärmung des ausgekühlten Rücklaufs vom Plattenwärmeübertrager über eine elektrische Heizwendel im Vorratsbehälter möglich. Je mehr Trinkwarmwasser gezapft wird, desto mehr Kaltwasser strömt über den Wärmeübertrager und die primärseitige Rücklauftemperatur fällt von 55 °C auf beispielsweise 30 °C ab.
Solange ausreichend Wärmemenge durch den Vorratsbehälter zur Verfügung gestellt wird, ist die Strahlpumpe im Vorlauf (01) geschlossen (Bild 2). Die Bereitstellung der Heizwärme über die geschlossene Strahlpumpe erfolgt durch eine elektrische Ladepumpe am Vorratsbehälter. Bei geschlossener Strahlpumpe wird keine Fernwärme und damit keine externe Energie verbraucht. Erst wenn die gewünschte Vorlauftemperatur im Trinkwarmwasser (04) von z. B. 60 °C nicht erreicht wird, öffnet die Strahlpumpe und nutzt die Fernwärme über den Vorlauf.
Blick in die Praxis
Der Verlauf eines Strahlpumpenhubes einer Trinkwassererwärmung in einem Wohngebäude ist in Bild 3 dargestellt. Die Aufzeichnung der Stellung der geregelten Strahlpumpe über einen Tag zeigt während eines großen Zeitabschnitts die Schließstellung (01 geschlossen), also kein Fernwärmeverbrauch. Auch wenn die Strahlpumpe Fernwärme zumischt, wird die Vorratswärme zum Vorwärmen des Rücklaufwassers genutzt. Die Fernwärme wird nur zum Nachwärmen ergänzt.
Auf die Begrenzung der Speichertemperatur auf ca. 65 °C sollte geachtet werden, damit die Temperatur des erwärmten Trinkwassers gehalten wird. Alternativ kann die Ladepumpe drehzahlgeregelt sein und über einen Wärmezähler oder den Temperaturfühler am erwärmten Trinkwasser geregelt werden. Der im Rücklauf eingebaute Wärmezähler zeigt den reduzierten Fernwärmeverbrauch an, der bei vollem Einsatz der PV gleich null ist.
Fazit
Das Durchlauferhitzerprinzip der „Baelz-Moduline“ aus der Kombination von Plattenwärmeübertrager und geregelter Strahlpumpe macht bei der Trinkwassererwärmung einen Trinkwarmwasserspeicher überflüssig. Dadurch resultiert eine deutliche Energieeinsparung. Im Beispiel eines Wohngebäudes bringt darüber hinaus PV- Strom Rücklaufwasser in einem Vorratsgefäß mit Heizwendel auf höhere Temperatur. Dadurch wird weniger Fernwärme benötigt – im Beispiel die Hauptenergiequelle für die Heizung. Zudem kann so der Einsatz von fossiler Energie verringert und dafür mehr erneuerbare Energie für die Erwärmung des Trinkwassers eingesetzt werden, sodass auch der CO2-Ausstoß verringert wird.
