Zirkulationssatellit - weil auch Gutes noch verbessert werden kann

Zirkulationssatellit - Symbiose aus zentraler und dezentraler Wärmeversorgung

 

Seit etwa 10 Jahren werden verstärkt dezentrale Wohnungsstationen als Möglichkeit zur direkten Abrechnung der Versorgungsunternehmen mit den Kunden empfohlen. Bei einer größeren Anzahl von Wohnungen führt diese Form der Wärmeverteilung jedoch zu höheren Investitionskosten, als bei zentralen Systemen. Weitere Besonderheiten wurden erst mit der Zeit im Betrieb sichtbar.

 

Thermo Integral hat ein alternatives Wärmeverteilsystem entwickelt, welches - als Symbiose aus zentraler und dezentraler Versorgung, die Vorteile beider Systeme vereint. Im Ergebnis werden:

 

die Rücklauftemperaturen weiter abgesenkt,

die Wärmeverteilung vereinfacht,

die Investitionskosten gesenkt, und

die Betriebskosten reduziert.

 

Die Lösung - das Zwillingsrohr

Vorisolierter Zirkulationssatellit aus Warmwasserleitung und Heizungsvorlauf
Vorisolierter Zirkulationssatellit aus Warmwasserleitung und Heizungsvorlauf

Die Lösung wurde in einem Wärmeverteilsystem mit Zirkulationssatelliten gefunden. In Analogie zur elektrischen Begleitheizung wird hier das Warmwasserrohr mit dem Heizungsvorlaufrohr aktiv temperiert. Beide Rohre befinden sich dafür - symbiotisch vereint, eng aneinander liegend bis zu jeder Wohnung unter einer gemeinsamen Wärmedämmung.

 

Einfache Funktionsweise


Funktionsschema eines Wärmeverteilsystems mit Zirkulationssatellit
Schema eines Wärmeverteilsystems mit Zirkulationssatellit

Wie funktioniert ein Wärmeverteilsystem mit Zirkulationssatellit? Die Warmwasserleitung und der Heizungsvorlauf werden mit identischen Temperaturen von 60 °C ab der Heizzentrale / min. 55 °C an der Wohnung ankommend im Gleichstrom betrieben. Zirkuliert wird - sofern erforderlich, das Heizungswasser. Da das Heizungswasser in der Heizsaison in den Wohnungen ohnehin benötigt wird, ist die Warmwasserleitung in dieser Zeit automatisch temperiert. Im Heizungsrücklauf herrscht die Heizungsrücklauftemperatur. Nur außerhalb der Heizsaison / bei Nacht muss ggf. etwas Heizungswasser gesondert über einen thermisch gesteuerten Bypass überströmen, um die geforderte Warmwassertemperatur aufrecht zu erhalten. Die Warmwassertemperatur beträgt aber max. 50-55 °C, so dass die Zirkulationstemperatur in der Heizzentrale um weitere mindestens 5-10 K niedriger liegt, als in einem herkömmlichen Zirkulationssystem, also bei max. 45-50 °C. Diese Temperatur ist jedoch nicht hygienisch limitiert, wie bei Warmwasserzirkulationssystemen, sie kann also durchaus auch bedeutend niedriger liegen. Dies führt parallel zu niedrigerem Wärmeverlust, als in einer Warmwasser-Zirkulationsleitung.

Meist besteht auch im Sommer ein geringer Heizwärmeverbrauch für die Badtemperierung, Handtuchtrocknung, etc. Dann entspricht die Rücklauftemperatur etwa der Raumtemperatur, also ca. 25 °C. Geschirrspüler, Waschmaschinen und andere moderne Haushaltsgeräte mit Warmwasseranschluss erhöhen die Zapfhäufigkeit und den Warmwasserverbrauch und machen eine Heizwasser-Zirkulation damit noch seltener erforderlich.

 

Nachhaltige Wirkung

 

Da in der Wohnung kein Warmwasser bereitet wird, kann auch die Heizungsvorlauftemperatur um bis zu ca. 10-15 K niedriger liegen, als bei dezentralen Wohnungsstationen. Zudem muss nicht die Leistung für die Warmwasserbereitung von ca. 35 kW in jeder Wohnung bereitgestellt werden. Der Rohrquerschnitt kann also bedeutend geringer ausfallen - in der Praxis bei bis zu 4 Stockwerken von DN 32 bei dezentralen Wohnungsstationen auf DN 15 als Zirkulationssatellit reduziert werden. Beides wiederum senkt den Wärmeverlust in der Vorlaufleitung bedeutend.

 

Entsprechend sinken die Pumpengröße und -leistung sowie deren Energieverbrauch. Die Pumpenregelung ist einfacher, weil im Vergleich zu dezentralen Wohnungsstationen keine großen Leistungssprünge erfolgen. Weil letztere fehlen, fällt auch die Messgenauigkeit der Wohnungswärmemengenzähler wesentlich höher aus.

 

Die niedrigere Heizungsvorlauftemperatur von max. 60 °C reduziert das Problem der fehlenden, außentemperaturabhängigen Fahrweise, so dass Mischgruppen wie in dezentralen Wohnungsstationen eher entfallen können. Der "Kachelofeneffekt" am Heizkörper bleibt bei 55-60 °C erhalten, so dass es in der Übergangszeit nicht zu Beschwerden wegen abgesenkter Vorlauftemperaturen kommen wird.

 

Der hydraulische Abgleich erfolgt mit modernen, den Volumenstrom begrenzenden Heizkörperregelventilen. Damit kann ein Differenzdruckregler an jedem Wohnungseintritt entfallen. Ein Warmwasserzirkulationssystem entfällt - dessen thermisch-hydraulische Abgleichventile damit ebenfalls.

 

In der Heizzentrale wird das Warmwasser im Durchfluss stets frisch bereitet. Es dient in einem zweistufigen Warmwasserbereiter der Auskühlung der bereits niedrigen Heizungsrücklauftemperatur - bis auf ca. 15 °C bei voller Zapfleistung. Dabei ist der sogen. Hausanschlusswert bei Fernwärmeversorgung durch die tiefe Auskühlung meist nicht höher, als der der Heizungsbereitung. Bei Bedarf ist eine zentrale Warmwasservorrangschaltung möglich. Entsprechend niedrig fallen die konstanten Kosten für den Fernwärmeleistungspreis aus, die auf alle Wohnungen umgelegt werden. Der Durchmesser der Hausanschlussleitung ist geringer, als ohne diese Sonderheiten.

 

Zu den hygienischen Vorzügen der Warmwasserbereitung im Durchflussprinzip, ohne Warmwasserspeicher und Zirkulationssystem muss nicht näher ausgeführt werden. Hier gibt es Analogien zur elektr. Begleitheizung und modernen Fernwärmehausanschlussstationen.

 

Ein Brauchwassermischer erhöht den Warmwasserkomfort in jeder Wohnung, schützt vor Verbrühungen und verringert den Warmwasser- und Energieverbrauch.

 

So wie ein Warmwasser-Speicher entfällt, so fehlt auch ein Heizungspufferspeicher in der Heizzentrale. Das MAG im Heizsystem kann wesentlich kleiner ausfallen, im Warmwassersystem entfällt es ganz. Entsprechend - Platzbedarf, Wärmeverlust und Wartung dieser Elemente ebenfalls.

 

Weitere Vorteile

 

Nicht zuletzt ist die direkte Verrechnung mit dem Kunden möglich - per Funk oder Bus-Leitung zentral ohne Zutritt zur Wohnung. Es kann monatlich abgerechnet werden. Gegenüber dezentralen Wohnungsstationen zusätzlich benötigt wird je Wohnung ein Warmwasserzähler - wie bei elektr. Begleitheizungen und 4-Leiter-Systemen auch. Dies ermöglicht die Umlage des geringen Wärmeverlusts bis zum Wohnungswärmeübergabepunkt. Bei dezentralen Wohnungsstationen können deutlich höhere Bereitstellungsverluste und Messdifferenzen - in der Praxis werden 25-30 % angetroffen - meist nicht umgelegt werden und sind vom Versorgungsunternehmen zu tragen.

 

Der vorgedämmte, schalltechnisch entkoppelte Wohnungswärmeübergabepunkt ist in den Abmessungen bedeutend kleiner, als eine dezentrale Wohnungsstation. Eine Wartung entfällt, da Elemente wie der Wärmeübertrager und die Regelung - thermostatisch oder als Proportionalregler fehlen, deren Verkalkung, Verschleiß und Wärmeverlust ebenfalls. So wird auch ein Zutritt zu den Wohnungen nur alle 5 Jahre zum obligatorischen Zählertausch nötig. Entsprechend niedrig sind die Investitions- und Betriebskosten, entsprechend hoch wird die Akzeptanz beim Kunden sein.

 

Die industrielle Vorfertigung der Zirkulationssatelliten-Doppelrohrleitungen - in Längen, die der Stockwerkshöhe und den Abständen zwischen den Steigsträngen entsprechen, ermöglicht serienmäßig einen geringen Wärmeverlust, eine leichte und schnelle Montage und eine einfache Brandabschottung. Wärmebrücken an Rohrhalterungen entfallen, da diese die Wärmedämmung umfassen.

 

In der Summe wird der Energieaufwand der Nutzenübergabe des Zirkulationssatelliten-Wärmeverteilsystems in Anlehnung an die VDI 2067 der niedrigste aller bekannten Systeme sein.

Mittlerer Wärmeverluststrom von Wärmeverteilsystemen im Vergleich
Mittlerer Wärmeverluststrom von Wärmeverteilsystemen im Vergleich

Aktuelle Probleme des modernen Wohnungsbaus, verursacht von der Warmwasserzirkulation als größtem Wärmeverbraucher und zugleich Hauptverursacher von hohen Rücklauftemperaturen und Legionellenbefall, können damit nachhaltig gelöst werden.

 

Das niedrigere Temperaturniveau von 60 °C ermöglicht im Vergleich zu dezentralen Wohnungsstationen eine Absenkung der Fernwärmevorlauftemperaturen und die leichtere Einbindung von regenerativen Energiequellen. Eine optionale Ausführung mit einer zum Zirkulationssatelliten gesonderten Heizungsvorlaufleitung ermöglicht den optimalen Betrieb von Niedertemperaturheizsystemen mit Niedertemperaturwärmequellen wie Wärmepumpen. Auch die dezentrale Einbindung von alternativen Wärmequellen in das Wärmenetz - z.B. von kundennahen Solaranlagen oder Brennstoffzellenheizgeräten, ist möglich und macht das System offen für zukünftige Entwicklungen.

Fazit

Während die Entwicklung der Frischwasser-module Waleo und der Hausanschluss-stationen von Thermo Integral noch darauf gerichtet ist, die Auswirkungen der in der Praxis vorgefundenen, hohen Rücklauf-temperaturen bestehender Warmwasser-zirkulationssysteme zentral zu reduzieren, so werden mit dem Zirkulationssatellitensystem erstmals die Ursachen großer Zirkulations-wärmeströme und die Höhe der Zirkulations-rücklauftemperaturen minimiert.

 

Die Rücklauftemperaturen üblicher Systeme betragen bei reiner Warmwasserzirkulation naturgemäß mehr als 55 °C, ein Zirkulations-satellitensystem hingegen wird Rücklauf-temperaturen ab  25 °C aufweisen. Aufgrund der Auskühlung des Heizungsrücklaufs zentral bei der Warmwasservorwärmung wird bei diesem dreistufigen System der Wärme-nutzung die primäre Rücklauftemperatur bei Zapfungen noch bis auf ca. 15 °C absinken.

 

In der derzeitigen Praxis sind Zirkulationsleitungen mit einem Wärmeverlust von 30 Watt pro Meter keine Seltenheit. Mit dem werksseitig vorisolierten Zirkulationssatellitensystem jedoch kann der Wärmeverlust des gesamten Wärmeverteilsystems auf weit unter die Hälfte reduziert werden. Liegt der Nutzen der Frischwassermodule Waleo und der Hausanschlussstationen von Thermo Integral überwiegend auf der Seite der Versorgungsunternehmen, so profitieren vom Zirkulationssatelliten-Wärmeverteilsystem auch die Kunden.

 

Dabei sind der apparative Aufwand wie der Platzbedarf geringer, als bei herkömmlichen zentralen und dezentralen Systemen, da ein Warmwasserzirkulationssystem, aufwändige dezentrale Wohnungsstationen und Speicherbehälter sämtlich entfallen, das MAG, der Rohrquerschnitt der Heizungsleitungen und die Heizungsumwälzpumpen kleiner ausfallen, und Festwertregler genügen.

 

Und nicht zuletzt wird sich das Zirkulationssatellitensystem durch eine vorbildliche Hygiene auszeichnen, da eine erhöhte Legionellenbildung schon deshalb nicht auftreten kann, weil mit dem Warmwasserzirkulationssystem und einem Warmwasserspeicher die möglichen Herde dafür fehlen, und die Warmwasserrohre bis hinein in die Wohnungen die erforderliche Temperatur aufweisen.

 

Nur selten waren Verbesserungen solchen Ausmaßes mit so umfangreichen Vereinfachungen gepaart.

Referenzanlagen gesucht

 

Für die Umsetzung von Referenzanlagen werden interessierte Partner gesucht:

  • Eigentümer - die sich für eine nachhaltige Lösung zur Wärmeverteilung interessieren
  • Verwalter - die Hygieneprobleme vermeiden möchten
  • Mieter - die ihren Beitrag zur Verminderung des Klimawandels leisten möchten
  • Versorger - die ihr Leistungsportfolio durch Direktabrechnung erweitern möchten
  • Planer - die schon lange nach einer einfacheren Lösung suchen
  • Hersteller - die die Chance erkennen und von Anfang an dabei sein möchten
  • Installateure - die sich zufriedene Kunden wünschen.

Geboten wird ein nachhaltiges System der Wärmeverteilung mit allen oben beschriebenen Vorzügen.

 

Die Gebäude sollten etwa 12 bis 18 Wohnungen in vier Etagen aufweisen.

 

Besonders geeignet sind Mehrfamilienhäuser, welche vor einer Umstellung von Gasthermen auf Fernwärmeversorgung stehen, wo die Warmwasserleitungen aus technischen oder hygienischen Gründen oder wegen eines zu hohen Wärmeverlusts ohnehin vor einem Austausch stehen. Ebenso willkommen sind Neubauten, für die eine Direktabrechnung des örtlichen Fernwärmeversorgers mit den zukünftigen Mietern vorgesehen ist, und wo die Technischen Anschlussbedingungen besonders niedrige Netzrücklauftemperaturen fordern. Für einen direkten Vergleich ideal wäre es, wenn in der unmittelbaren Nähe solcher Objekte Gebäude mit einem konventionellen System der Wärmeverteilung vorhanden sind.

 

Trifft dies so oder ähnlich auf Ihr Projekt zu? Dann sprechen Sie uns an! Gern prüfen wir gemeinsam mit Ihnen vor Ort die Umsetzbarkeit unseres Vorhabens.