Messen, nicht mutmaßen: Energieeffizienz und Hygieneerhalt in Trinkwasser-Installationen auf Basis belastbarer Nutzungsdaten

Die verschärften Anforderungen der Ener­gieeinsparverordnung (EnEV) sowie die massiv gestiegenen Energiepreise haben zu einer verstärkten Dämmung von Neu- und Bestandsgebäuden geführt. Je nach Bauteil und Dämmstärke liegen die Verbesserungen dabei in Größenordnungen von etwa 20 bis 80%. Das hat zwangsläufig zu einer Verschiebung des Primärenergieeinsatzes innerhalb der Gebäude geführt: Bislang wurde davon ausgegangen, dass im Wohngebäudebestand etwa 18% des Energieverbrauchs als Anteil auf die zentrale Trinkwassererwärmung entfällt. Die HEA – Fachgemeinschaft für effiziente Energieanwendung (Berlin) setzt in einer aktuellen Meldung vom 6. Februar 2012 sogar nur 13% an.
Die Höhe dieser pauschalierten Ansätze steht aber im Gegensatz zu den Erfahrungen aus der Praxis: Danach hat die bessere Dämmung bei Neu- und Bestandsbauten zwar tatsächlich zu einer signifikant sinkenden Heizlast geführt. Der Primärenergieeinsatz für die zentrale Trinkwassererwärmung – bestehend aus Zapf- und Zirkulationsenergie – ist dafür gestiegen. Die Begründung ist simpel: Bei absolut sinkendem Energiebedarf ergibt sich zwangsläufig ein relativ höherer Anteil für den mindestens gleichbleibenden Aufwand zur Trinkwarmwasserbereitung. Bei größeren Gebäuden mit hohem Dämmstandard dominiert dieser Aufwand mittlerweile sogar den Energiebedarf, denn die Notwendigkeit zur Temperaturhaltung in Trinkwarmwasser-Installationen ist ebenso gestiegen wie die Komfortansprüche der Nutzer. Es ist also davon auszugehen, dass sich das Verhältnis „steigender Aufwand für die Trinkwassererwärmung vs. Verringerung des Heizenergiebedarfs“ weiter vergrößert.
Die Konsequenz: Um eine weitere Reduzierung des Primärenergieeinsatzes in Gebäuden durch effizientere Heiztechnik zu erreichen, ist künftig eine genaue Betrachtung der Warmwassererzeugung und -verteilung unerlässlich. Das Wissensmanagement um die Trinkwassererwärmung ist dabei umso wichtiger, als gerade im Bestand durch vergleichsweise geringe Inves­titionen die Energieeffizienz deutlich gesteigert und dabei zugleich die Trinkwasserhygiene nachhaltig unterstützt werden kann.

Theorie und Praxis stark abweichend
Voraussetzung für diese Optimierung sind in jedem Fall konkrete Messdaten der Trinkwasser-Installation, unter anderem zum Tagesbedarf, zum Spitzenbedarf und zu den jeweiligen Zapfmengen. Güns­tige Informationsspeicher und Übertragungstechniken haben dieser Bestandserfassung Vorschub geleistet, sodass über die Maxime „Messen, nicht mutmaßen“ wichtige Konsequenzen für die Auslegung der Anlagentechnik gezogen werden können. Dass die Praxis sowohl von Schätzungen als auch von den Vorgaben der einschlägigen Regelwerke (Stichwort: Gleichzeitigkeiten nach DIN 4708) abweicht, haben verschiedene Untersuchungen gezeigt.
Die Erfahrungen decken sich mit Messergebnissen, die Solvis gemeinsam mit Partnern aus dem Fachhandwerk in den vergangenen sieben Jahren im Geschosswohnungsbau gesammelt hat. Zusammengefasst wurde dabei festgestellt:

• Zapfspitzen sind deutlich kleiner und viel kürzer, als die Regelwerke vorgeben – oft dauern sie nur Minutenbruchteile,
• gut 90% aller Entnahmen finden im Schwachlast-Bereich statt,
• die Zirkulationslast ist oft mehrfach so hoch wie die Zapflast.

Aus der Zapfmenge und den Zapfspitzen ergibt sich – für die weitere Betrachtung – der Zapf-Energiebedarf; aus der Zirkulationslast der Zirkulations-Energiebedarf. Zwei wichtige Anmerkungen in diesem Zusammenhang am Rande:

• Der Zirkulations-Energiebedarf wird aus Unkenntnis in aller Regel der Heizlast zugerechnet. Das ist fachlich nicht korrekt, da er im direkten Zusammenhang zur Trinkwarmwasserverteilung steht.
• Der Zirkulations-Energiebedarf kann nur bedingt zur Effizienzsteigerung herangezogen werden, da aus hygienischen Gründen die Zirkulation als solche nicht infrage zu stellen ist. Ener­getische Verbesserungen sind also innerhalb enger Grenzen nur über eine schlankere Rohrleitungsdimensionierung, eine verbesserte Dämmung und den hydraulischen Abgleich der Zirkulationsstränge erreichbar. Der Zirkulations-Energiebedarf sollte aus Gründen der Effizienz daher verhältnismäßig zur Zapfmenge und damit zum Zapf-Energiebedarf möglichst klein sein.

Anlagenvolumen reduzieren
Um das gewünscht günstige Verhältnis zwischen Zapf-Energiebedarf und Zirkulations-Energiebedarf zu erreichen, ist vor allem in Bestandsanlagen eine Reduzierung des Anlagenvolumens notwendig: Aus verschiedensten Gründen wurden in der Vergangenheit Speicher und Verteilung fast immer deutlich größer dimensioniert, als es für die (heutigen) Bedarfe notwendig ist. Ausgehend von den tatsächlichen Zapfmengen und Zapfspitzen kann also in fast jedem Objekt eine Anlagenreduzierung mit geringeren Rohr-Nennweiten in der Verteilung und einer angemesseneren Speicherdimensionierung realisiert werden, die – im Bestand – auch sukzessive umsetzbar ist.
Einsprüchen gegen diese schlankere Dimensionierung, die mit den Vorgaben entsprechender Regelwerke begründet werden und zu größeren Nennweiten bzw. Volumina führen, lässt sich mit der belastbaren Datenbasis begegnen. Wichtig ist dann allerdings, dies auch mit dem Besitzer / Betreiber der Trinkwasser-Installation abzustimmen und schriftlich zu fixieren.
Das aber dürfte bei entsprechendem Nachweis über die Messdaten unproblematisch sein, denn die Vorteile der schlankeren Auslegung in Bezug auf Hygieneerhalt und Energieeffizienz sind stichhaltig:

• Der Hygieneerhalt wird in den schlanken Trinkwasser-Installationen durch das generell geringere Anlagenvolumen und den dadurch automatisch erreichten, häufigeren Austausch des Wassers im Rohrleitungsnetz unterstützt.
• Die Energieeffizienz wiederum wird zum einen bereits durch die reduzierte Bevorratungsmenge an Trinkwarmwasser gefördert. Zum anderen wird aufgrund des relativ höheren kalten Anteils der Trinkwassererwärmung bei Zapfung durch Reduktion des Zirkulationsanteils die Nachheizung effizienter: Beim Nachheizen steht eine deutlich höhere Temperaturdifferenz als bisher zur Verfügung, die durch eine hydraulische und regelungstechnische Trennung der Zapfenergie von der Zirkulationsenergie optimal genutzt werden kann. Die Folge: Gas-Brennwertkessel kondensieren mehr, Fernwärmestationen liefern tatsächlich Rücklauftemperaturen auf Vertragsgrundlage, BHKWs laufen länger und Solaranlagen bringen spezifisch höhere Erträge – in der Summe steigt die Effizienz der Anlagentechnik.
• Unterstützt werden Hygieneerhalt und Effizienzsteigerung im Übrigen zusätzlich, wenn im Rahmen der Optimierung neben der schlankeren Dimensionierung des Rohrleitungsnetzes möglichst ein druckverlust-optimiertes Rohrleitungssystem eingesetzt, die Dämmung über EnEV-Standard ausgeführt und die Rohrleitungsführung verbessert wird. Dazu gehören der Aufbau möglichst kurzer, eingeschleifter Netze sowie der Abgleich der Volumenströme im Zirkulationssystem.

Berechenbare Einsparungen
Dass sich die gesteigerte Energieeffizienz für den Betreiber einer Trinkwasser-Installation „in Heller und Pfennig“ auszahlt, hat „Solvis“ anhand eines Mehrfamilienhauses (26 WE) in Braunschweig nachgewiesen. Der Gesamtenergiebedarf lag in diesem Objekt vor Beginn der Optimierung bei rund 190 MWh. Das verursachte (in 2011) Kosten in Höhe von rund 12.000 Euro. 90 MWh/a entfielen aufgrund der Verlegung der Rohrleitungen in einer Tiefgarage, überdimensionierter Rohrleitungen und vergleichsweise schlechter Dämmung allein auf die Zirkulation. Nach Analyse des Anlagenbestandes und entsprechenden, durchweg geringinvestiven Maßnahmen im Bestand gelang es, die Zirkulationslast auf etwa ein Drittel – rund 30 MWh pro Jahr – zu verringern. Das entsprach einer Kosteneinsparung allein im ersten Jahr von rund 3900 Euro.

Kontinuierlicher Verbesserungsprozess
Da die energetisch und hygienisch überdimensionierten Trinkwasser-Installationen fast ausnahmslos im Bestand zu finden sind, eröffnet sich Fachplanern und Fachhandwerkern hier ein hochinteressantes Aufgabenfeld. Anstelle punktueller Ansätze sollte die Vorgehensweise dabei allerdings strategisch und als kontinuierlicher Verbesserungsprozess aufgesetzt werden. Folgende vierstufige Vorgehensweise empfiehlt sich:
Stufe 1: Die Analyse mit Verbrauchsdatenerfassung ist die zwingende Voraussetzung, um sowohl die verschiedenen Handlungsfelder als auch die jeweils drängendsten Handlungsfelder zu definieren.
Stufe 2: Die integrale Planung mit Nutzungsstrategie setzt unter wirtschaftlichen wie technischen Gesichtspunkten den Handlungsrahmen, damit trotz schrittweiser Vorgehensweise der ganzheitliche Ansatz gewahrt bleibt.
Stufe 3: Die Installation mit Klärung der Nahtstellen ist beispielsweise für Wohnungsgesellschaften besonders interessant, wenn sie von einem hohen Vorfertigungsgrad in der Werkstatt mit anschließender Umsetzung vor Ort möglichst ohne Versorgungsunterbrechung realisiert wird.
Stufe 4: Die Anlagenoptimierung per Monitoring stellt die konsequente Fortsetzung des Optimierungsprozesses auch unter dem Aspekt eventueller Veränderungen der Nutzergewohnheiten oder der Nutzungsart des Objektes dar. Die Lernkurve für Folgeprojekte wird dadurch deutlich gesteigert.

Voraussetzung ist allerdings eine exakte Auslegung der Trinkwasser-Installation – vom Rohrnetz bis zum Speicher – auf Basis konkreter Nutzungsdaten anstelle pauschalierter Werte. Die etablierten Regelwerke werden damit nicht außer Kraft gesetzt, sondern erfahren lediglich eine praxisgerechte Adaptierung auf die gewandelten Anforderungen. Die Betrachtung des Einzelfalls ist dank moderner Messtechnik und Auswertungsmöglichkeiten künftig also nicht mehr die planerische Ausnahme, sondern wird bei der Bemessung von Trinkwasser-Installationen zum Regelfall.

Autor: Dipl.-Ing. Karsten Woelk, Leiter Vertrieb Großanlagen bei Solvis, Braunschweig

Bilder: Wenn nicht anders angegeben, Solvis

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Nachgefragt

IKZ-FACHPLANER: Für welche Gebäude und ab welcher Größenordnung lohnt eine differenzierte Betrachtung des Trinkwassererwärmungssystems?

Karsten Woelk: Die differenzierte Betrachtung lohnt sich für alle Großanlagen mit zentralem Trinkwassererwärmungssystem. Das können schon kleinere Büro- und Gewerbeobjekte sein, Sportstätten oder Mehrfamilienhäuser ab etwa acht Parteien. Also alles Objekte, in denen vergleichsweise hohe Warmwasser-Volumina für relativ kurze Zapfzeiten und -spitzen vorgehalten werden. Überraschend sind dort nämlich sehr oft die Energieaufwendungen für die Zirkulationslast. Es sind meist diese, die auch zu einer Modernisierung der Verteilung Anreize geben.  

IKZ-FACHPLANER: Wie gestaltet sich die Datenermittlung konkret? Also welche Daten werden erhoben und welche messtechnische Ausrüstung ist dafür erforderlich?

Karsten Woelk: Für eine aussagefähige Datenbasis sollten die Kaltwasser-Zulaufmengen zum Speicher, sowie die in der Zirkulation kreisenden Wasservolumina am Zirkulationsrücklauf erfasst werden. Zudem sind die Temperaturen am Speicheraus- und -eintritt, also auch der Zirkulationsrücklauf aufzunehmen. Praxisgerecht sind dafür, wie beim System „Solvis Prelog“, sechs Anlegefühler als Temperatursensoren, von denen pro Speicher drei genutzt werden, sowie die geeignete Auswahl von zwei der drei unterschiedlich großen Volumenstromgeber für Kaltwassermengen. Gesammelt werden die erfassten Werte bis zur Sekundenauflösung im Datenlogger. Bei Bedarf  können auch zwei Speicher parallel mit einem Datenlogger aufgenommen werden, wie es in Pflegeheimen oft der Fall ist. Dazu sind dann entsprechend weitere passende Volumenstromgeber einzubauen. Die fast automatische Auswertung erfolgt über eine ebenfalls mitgelieferte Software sowohl grafisch als auch in Tabellenform.

IKZ-FACHPLANER: Wie groß ist der zeitliche Aufwand für die Durchführungen und Auswertung einer solchen Bestandsanalyse?

Karsten Woelk: Für die erste Bestandsaufnahme und das Platzieren der Messeinrichtungen setzen wir etwa einen Arbeitstag an. Der Messvorgang selbst läuft automatisch ab; für eine aussagefähige Datengrundlage im Wohnungsbau wird etwa eine Woche benötigt. Bei anderen Anwendungen ist auf die Repräsentanz der Messwerte zu achten. Ein Hotel zum Beispiel sollte bei Vollauslegung gemessen werden. Die Auswertung der Daten sowie die Entwicklung eines ersten Maßnahmenplans ist innerhalb von wenigen Stunden möglich.

IKZ-FACHPLANER: Von welchen Investitionskosten reden wir hier? Oder kann die erforderliche Messtechnik auch gemietet werden? Und wenn wo?

Karsten Woelk: Mit knapp 2000 Euro netto für „SolvisPrelog“ steht dem interessierten Fachplaner oder Fachhandwerker eine angesichts des möglichen Geschäftspotenzials vergleichsweise kostengünstige Komplettausstattung zur Verfügung. Von einer Vermietung sehen wir ab, da es unsere Absicht ist, dass sich viele aussagefähige Kompetenzen vor Ort etablieren. Die klare Entscheidung für dieses Geschäft fängt für den Interessenten mit einer  überschaubaren Investition an. Viele Erfahrungsberichte rechtfertigen diesen Schritt.   

IKZ-FACHPLANER: Nicht immer wird der Investor bereit sein, die Kosten einer Systemanalyse zu tragen. Welche Herangehensweise empfehlen Sie bei diesem Zielkonflikt?

Karsten Woelk: Für solche Fälle stellen wir Praxisbeispiele zur Verfügung, die den Nutzen der Datenerfassung mit anschließender Anlagenoptimierung belegen. Dazu gehören Objekte wie Hotels, Studentenwohnheime, Sportanlagen oder diverse Mehrfamilienhäuser, in denen die Trinkwarmwasseranlage vom Fachpartner über „SolvisPrelog“ ausgewertet und dann optimiert wurde. Das dadurch erzielte Einsparpotenzial ist belegbar und kann direkt nachgerechnet werden – das überzeugt in aller Regel sogar besonders kritische Inves-
toren oder Betreiber.

IKZ-FACHPLANER: Abschließend ein Resümee: Wenn wir die Aufwendungen auf die Soll-Seite packen, was schlägt dann auf der Haben-Seite zu Buche?

Karsten Woelk: Die meist nur geringinvestiven Maßnahmen drücken sich auf der Haben-Seite unmittelbar durch deutlich niedrigere Betriebskosten und deutlich gesicherteren Erhalt der Trinkwasserhygiene aus – und das alles ohne Komforteinbußen. Schneller und einfacher kann eine Immobilie eigentlich nicht aufgewertet werden.