Thema 4: AnlagenplanungThema 4: Anlagenplanung Sommersemester 2012 / 6. Semester Modul 6.2./Ökologie II / Teilmodul Klimadesign Hochschule München Fakultät Architektur LB Dipl.Ing.(FH)

Sommersemester 2012 / 6. Semester Modul 6.2 / Ökologie II / Teilmodul Klimadesign

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Hochschule München Fakultät Architektur LB Dipl.-Ing. (FH) Franz Koller 12. April 2012 Seite: 1

Thema 4: Anlagenplanung

Sommersemester 2012 / 6. Semester Modul 6.2./Ökologie II / Teilmodul Klimadesign

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Hochschule München Fakultät Architektur LB Dipl.Ing.(FH) Franz Koller 12. April 2012

Inhaltsverzeichnis Grundlagen Seite 03 - 05 Bauteile Seite 06 - 11 Anlagensystem Seite 12 - 20 Fragen Seite 21 Links Seite 22

Hinweis: Die Inhalte können auch nachgelesen im Buch: Richarz/Schulz Energetische Sanierung Detail Green Books ISBN 978 – 3 – 920034-51-5 Seiten 122 – 137


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Grundlagen Verteiler Das zentrale Managementelement stellt der Verteiler dar. Der Verteiler ist zweigeteilt in einen oberen Vorlaufteil und in einen unteren Rücklaufteil. Die Wärmeerzeuger speisen die Wärme in den Verteiler ein. Wie viel Wasser jeweils entnommen wird, kann über die Dreiwegemischer, die jeweils die Verbindung von Vorlauf- Rücklauf und Verteiler herstellen, geregelt werden.

Warmwasser

Rücklauf kalt

50/40°C

70/55°C oder

80/60°C

Rücklauf

Warmwasser

Vorlauf

Warmwasser

1 Vorlauf

2 Rücklauf

Trennung

Rücklauf warm

Kessel

Trennblech

Warmwasser

Rücklauf kalt

50/40°C

70/55°C oder

80/60°C

Rücklauf

Warmwasser

Vorlauf

Warmwasser

1 Vorlauf

2 Rücklauf

Trennung

Abb. Verteiler mit zwei Heizkreisen, Vor- und Rücklauf des Wärmeerzeugers und Vor- und Rücklauf Brauchwassererwärmung. Oben: Variante 1 mit Trennblech im Rücklauf, unten: Variante 2 ohne Trennblech im Rücklauf


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3-Wege-Mischer Der Drei-Wege-Mischer erlaubt es, bei gleicher Heiztemperatur unterschiedlich temperierte Heizkreise zu installieren. Die vom Heizkessel zur Verfügung gestellte Temperatur orientiert sich an der höchsten Temperatur, die im Wärmesystem benötigt wird. In der Regel ist das die Warmwasserbereitung mit 60 Grad, bzw. die Vorlauftemperatur der Heizung, wenn diese größer als 60 Grad ist. Die 3-Wege-Mischer entnehmen nun aus dem Verteiler soviel Wärme wie zur Nacherwärmung des jeweiligen Heizkreises erforderlich ist. Eine entsprechende Menge Wasser wird in den Heizkreis eingespeist, aus dem Heizkreis wird in den Rücklauf eine gleiche Menge Wasser entnommen.

Abb. Drei-Wege-Mischer

Die Vor- und Rücklauftemperatur kann über entsprechende Regeltechnik eingestellt werden. Sie wird entsprechend der Wärmemenge, die einem Raum oder einer Raumgruppe am kältesten Tag zur Verfügung gestellt werden muss ausgelegt. Heizkreise, die unterschiedliche Temperaturanforderungen haben, werden bereits im Verteiler getrennt, sodass bereits hier die Heizkreise unterschieden werden. Während für Heizungen bei gut gedämmten Gebäuden nur maximale Vorlauftemperaturen von 50 Grad erforderlich sind, benötigen Heizkreise zur Lufterwärmung oder zur Erwärmung von Brauchwasser bis zu 70 Grad Vorlauftemperatur.


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Vorlauf-Rücklauftemperatur

Abb. Heizkurve

Wenn bei – 15 Grad eine Vorlauftemperatur von 70 Grad erforderlich ist, um eine Raumtemperatur von 20 Grad zu erreichen, wird die Heizkurve 1,4 eingestellt. Bei 10 Grad Außentemperatur beträgt die Vorlauftemperatur dann 40 Grad.


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Wohnungsverteiler Einen wichtigen Bestandteil der Anlagentechnik stellt der Wohnungsverteiler dar. Ab hier wird die Wärme vom jeweiligen Nutzer bezahlt. Auch sind hier alle Messeinrichtungen für die Verbrauchsmessungen untergebracht; des Weiteren kann hier Nutzungseinheit vom die Hauptversorgungsstrang abgekoppelt werden. Obwohl das Vorhandensein eines Verteilerkastens nicht direkt den Energieverbrauch beeinflusst, ist gerade die präzise Messeinrichtung eine wichtige Grundlage um Energieverbräuche erfassen, vergleichen und letztendlich auch optimieren zu können. Der dargestellte elektronische Wärmemengenzähler muss alle 5 Jahre erneuert werden, was ca. 300 Euro kostet.

Abb. Verteilerkasten von links und rechts: Kaltwasserzähler mit Absperrung Warmwasserzähler mit Absperrung Wärmemengenzähler am Vorlauf mit Absperrung


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Bauteile Übersicht Im Anlagenschema, das vom Fachplaner erstellt wird, sind alle Bestandteile der Anlagentechnik und ihre Verknüpfungen dargestellt. Gerade bei Verwendung innovativer Anlagentechnik wie z.B. Solarenergie und / oder Wärmepumpen spielt das Speichermanagement eine große Rolle. Zentrale Verteilstation für das Heizungssystem ist der Heizungsverteiler.

Anlagenschema


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Speicher und Wärmeerzeuger

Abb. Bestandteile einer Heizanlage sind in der Hauptsache die Wärmeerzeuger und Wärmespeicher.

Ausdehnungsgefäß

Abb. Das Ausdehnungsgefäß dient dem Druckausgleich im Heizsystem. Druckunterschiede entstehen weil Wasser sich bei der Erwärmung ausdehnt. Die Auslegung erfolgt nach DIN 4807 T 2


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Speicher Wasserspeicher stehen für verschiedene Speicherzwecke zur Verfügung: - Speicher für Brauchwasser, Erwärmung durch Heizkessel - Kombispeicher für Brauchwasser, Erwärmung durch zwei Wärmeerzeuger (ein Wärmeerzeuger

kann auch die Solaranlage sein) - Pufferspeicher – auch als Kombispeicher - zur Heizungsunterstützung und Warmwasserbereitung - Pufferspeicher als reiner Heizungspufferspeicher bei Konstanttemperatur kesseln (Holz,

Wärmepumpe), wenn beispielsweise eine Warmwasserbereitung nicht über die Heizanlage erfolgt. Von der Einspeisung der Wärme her gesehen unterscheidet man Schichtenlader und Zonenlader. Speicherverluste erhöhen die Anlagenverluste und damit den Energiebedarf zur Beheizung des Gebäudes. Die Verlustrate ist in DIN EN 12977-3 quantitativ beschrieben.

Speicher und Kombispeicher Warmwasserspeicher (Trinkwasser ) - Speicher mit einem Wärmetauscher - Speicher mit zwei Wärmetauschern (Kombispeicher) für Solaranbindung Der Speicher kann auch als Pufferspeicher zur Optimierung der Heizanlage verwendet werden.


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Pufferspeicher mit Warmwasserbereitung

Abb. Pufferspeicher mit integriertem Warmwasserspeicher

Bei diesem so genannten Puffer-Kombipeicher handelt es sich um multivalente Speicher. Eine Schicht- oder Zonenladung ist möglich. Das Trinkwasser wird im Durchlaufprinzip in einem Edelstahl-Wellrohr erwärmt bzw. in einem Tank-im-Tank in kleiner Menge bevorratet.


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Pufferspeicher als Kombispeicher

Abb. Speicher für solare Heizungsunterstützung und Brauchwarmwasser als Schichtenlader.


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Anlagensystem Ein Wärmeerzeuger ohne Pufferspeicher Die klassische Anlagen basiert auf einem Wärmeerzeuger, der Gas oder Öl verbrennt. Die Warmwasserbereitung erfolgt zentral. Solare Unterstützung für Warmwasser ist problemlos realisierbar. Die solare Heizungsunterstützung durch einen Langzeitspeicher ist möglich, jedoch nur dann sinnvoll, wenn das System mit niederen Vorlauftemperaturen arbeitet. Mit diesem kostengünstigen Anlagensystem kann jede beliebige Vorlauftemperatur erreicht werden. Diese Anlagensysteme benötigen keine Pufferspeicher, da die Kessel modulierend brennen.

70/55 40/30

M M

70

50

Abb. Klassische Anlage mit zentraler Warmwassererzeugung ohne Pufferspeicher

70/55 40/30

M M

70

50

Abb. Klassische Anlage mit zentraler Warmwassererzeugung solar unterstützt.


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M M

70/55 40/30

70

50

Abb. Klassische Anlagen mit solar unterstützter Warmwassererzeugung ohne Verteiler


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Ein Wärmeerzeuger mit Pufferspeicher Wärmepumpen und Kessel, die Holz verbrennen, sind nicht in der Lage, die Leistung dem Bedarf anzupassen. Sie benötigen einen Pufferspeicher um kurze und damit uneffektive Brennzeiten zu vermeiden. Bei der Wärmepumpe im monovalenten Betrieb kommt erschwerend dazu, dass sie nur maximale Temperaturen von 65 Grad erreicht und dass sie im „Hochtemperaturbetrieb“ besonders ineffizient arbeitet. Dies ist besonders problematisch bei der Warmwasserbereitung im Sommer.

M M

40/30 50/40

Abb. Klassische Anlage mit zentraler Warmwassererwärmung


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Solarenergie in Form von Wärme wird immer im Zusammenspiel mit einer Heizanlage genutzt. Einfache Brauchwasserspeicher dienen nur zur Brauchwassererwärmung. Komplexere Systeme kombinieren die Brauchwassererwärmung mit einer Heizungsunterstützung. Allerdings sind dann größere Speicher erforderlich, die nicht mehr als Brauchwasserspeicher genutzt werden können. Brauchwasser wird dann im Durchlaufverfahren erhitzt oder als Speicher im Speicher vorgehalten.

M M

40/30 50/40

Abb. System mit Pufferspeicher und solarer Unterstützung für Heizung und bei der Brauchwasserbereitung


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M M

40/30 50/40

M

M

Abb. Klassische Anlage mit zentraler Warmwassererzeugung, solarer Unterstützung bei der Brauchwassererwärmung und bei der Beheizung. Anlagenschema mit Verteiler zum Anschluss verschiedener Heizkreise


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Abb. Anlagen mit zentraler Warmwassererzeugung, solarer Unterstützung bei der Brauchwassererwärmung und bei der Beheizung ohne Verteiler. Warmwassererzeugung erfolgt teilweise mit externem Frischwasserspeicher.


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Zwei Wärmeerzeuger mit Pufferspeicher Systeme mit zwei Wärmeerzeugern (bivalente Systeme) erlauben eine optimale Ausnutzung der eingesetzten Ressourcen. Bei niederen Vorlauftemperaturen wird die Wärme durch die Wärmepumpe bei höheren Temperaturen durch Verbrennung von Gas oder Öl (Spitzenlastkessel) erzeugt. Auf diese Weise lassen sich auch Blockheizkraftwerke oder Brennstoffzellen in ein System einbinden.

M M

70/50 40/30

70

50

Abb. Anlage mit zentraler Warmwassererwärmung


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M M

70/50 40/30

70

50

Abb. Anlage mit zentraler Warmwassererwärmung und solarer Unterstützung bei der Brauchwassererwärmung

Abb. Anlage mit zentraler Warmwasserwärmung, solarer Unterstützung bei der Brauchwassererwärmung und solarer Heizungsunterstützung in großem Umfang mit Langzeitspeicher, der über die Wärmepumpe entladen wird.


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Nachrüstung Solaranlage Häufig stellt die Installation einer Solaranlage zur Brauchwarmwasserbereitung mit Heizungsunterstützung bei bestehenden Gebäuden eine effiziente Möglich dar um Ressourcen bei der Wärmeerzeugung einzusparen. Die Möglichkeit ist besonders dann effizient, wenn aufgrund baulicher Gegebenheiten eine Dämmung des Hauses nicht oder nur eingeschränkt möglich ist. Eine Solaranlage kann auch bei bestehender Zentralheizung gut nachgerüstet werden unter Beibehaltung der existierenden Wärmeerzeugung-, Wärmeverteil- und Wärmeabgabesysteme. Lediglich ein Steigschacht für den Vorlauf und Rücklauf zur Solaranlage muss eingeplant werden, alle übrigen Veränderungen können im Heizraum vorgenommen werden.

Aufrüstung einer bestehenden Heizanlage mit Kollektoren und Solarspeicher zu einer Anlage mit zentraler Warmwasserwärmung, solarer Unterstützung bei der Brauchwassererwärmung und solarer Heizungsunterstützung. Die bestehende Anlage (schwarz) wird an den Punkten A und B unterbrochen. Der Kaltwasseranschluss verläuft zum Solarspeicher. Legende (4 FH mit 320 m² Wohnfläche): 1. Kessel (25 kW) 2. Brauchwasserspeicher (300 L) 3. Wärmeabgabe (Heizkörper) 4. Warmwasserversorgung 5. Kaltwasseranschluss 6. Solarspeicher (800 Liter) 7. Kollektoren 14 m² 8. Regelung 9. Rezirkulation


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Fragen 134-01 Nennen Sie die wesentlichen Bestandteile einer Heizanlage. 134-02 Wie funktioniert ein 3-Wege-Mischer ? 134-03 Wann und warum wird er eingesetzt ? 134-04 Wie funktioniert ein Verteiler ? 134-05 Wann und warum wird er eingesetzt ? 134-06 Welche Speichersysteme für Warmwasser kennen Sie ? 134-07 Was verstehen Sie unter dem Begriff Frischwassermodul ? 134-08 Worin liegen seine Vor- und Nachteile ? 134-09 Ist die Nachrüstung einer Solaranlage bei einer bestehenden Heizanlage möglich ? 134-10 Wann ist ein Pufferspeicher bei einer Heizung sinnvoll ? 134-11 Wie kann Solarenergie für die Beheizung genutzt werden ?


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Links

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Speichersysteme www.nau.de

Frischwasserstationen www.rehau.de www.reka.ch
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