Drohnen, Roboterhunde und Sensoren

Gemeinsam neue Anforderungen und Aufgaben lösen – auch im Hinblick auf Klimaänderungen

Trinkwasserinstallationen – stehen Hygiene und Gesundheit sowie Komfort im Widerspruch zur Energieeffizienz

Im Zusammenhang mit dem hohen Wärmeschutz der Gebäude und dem daraus resultierenden niedrigen Heizwärmebedarf gewinnt die Trinkwassererwärmung an Bedeutung. Beträgt der Anteil der Heizwärme für die Trinkwasser-Erwärmung bei Bestandsgebäuden ca. 18 Prozent, erreicht dieser bei Effizienzhäusern (KfW55 bzw. KfW 40 (+)) ca. 50 Prozent. Moderne Wärmepumpenanlagen haben sich im Neubau dieser Gebäude bereits durchgesetzt, wobei niedrige Systemtemperaturen – sowohl für die Raumheizung als eben auch für die Trinkwasser-Erwärmung anzustreben sind.

Niedrige Systemtemperaturen ergeben sich trinkwasserseitig zunächst bei Verzicht auf die Trinkwarmwasser-Zirkulation (PCH-C). Außerdem wird die dezentrale Trinkwassererwärmung nach dem Durchflussprinzip (sog. Frischwarmwasserstationen) der energieeffizienten Systemtechnik zugerechnet. Allerdings sind für beide Planungsansätze einige wesentliche Voraussetzungen zu erfüllen.

Auf der Suche nach verringerten Hilfsenergien, auch in der Trinkwasser-Installation, ist es notwendig, sich mit dem Betrieb der Umwälzpumpen, resp. der Zirkulationsumwälzpumpe, zu befassen. Auch hierin steckt ein Energieeinspar-Potenzial, das jedoch vor dem Hintergrund von Gesundheit und Hygiene kritisch zu bewerten ist.

Unstreitig haben Gesundheit und Trinkwasser-Hygiene jedoch oberste Priorität im Planen und Betrieben der Trinkwasser-Systemtechnik. Das Vermeiden einer Vermehrung der Legionellen erfordert das Einhalten bestimmter Temperaturen und den regelmäßigen Wasseraustausch.

Inwiefern diese Forderungen mit den Vorgaben eines energieeffizienten Betreibens zu vereinbaren sind, wird im Vortrag erläutert. Dabei werden Wärmepumpenanlagen, ebenso wie die Frischwarmwasserstationen, angesprochen. Hinzu kommen ergänzende Hinweise zum Trinkwasser-Komfort, der sich nicht nur aus zu vereinbarenden Ausstoß- bzw. Wartezeiten ergibt. Abschließend wird auf neue Entwicklungsrichtungen, wie beispielsweise der Ultrafiltration, hingewiesen.

Die Qualität des Heizungswassers – „Neue Anforderungen nach VDI 2035“

Heizungswasseraufbereitung ist schon viele Jahren eines der Themen in der SHK-Branche.
In den letzten Jahren wurde das Thema intensiv durch die Branchenvertreter sowie durch die Hersteller fokussiert. Im Bewusstsein der Errichter war das Thema angekommen, aber es fand nur sehr spärlich Einzug in die Praxis. Die Wärmeerzeugung steht im Fokus der Branche, wie kann mit der kleinstmöglichen Energiemenge, die meiste Wärme nutzbar gemacht werden. Energiepreise unterliegen seit Jahren deutlichen Steigerungsraten, nicht erst seit den geopolitischen Konflikten. Daher ist es umso wichtiger über das Thema Heizungswasseraufbereitung zu sprechen. Hier liegt der Fokus klar auf dem verwendeten Wärmeträgermedium. Dieses hat einen mehr als signifikanten Einfluss auf die Energieeffizienz und vor allem auf die Langlebigkeit und den störungsfreien Betrieb.  Betrachten wir die Ausgangssituation, so steht Rohwasser als Trinkwasser zur Verfügung. Leider ist Trinkwasser nicht als Heizungswasser geeignet, da die im Trinkwasser gelösten Inhaltsstoffe Einfluss auf die beiden genannten Einflussfaktoren (Steinbildung & wasserseitige Korrosion) haben. Wie wird die Energieeffizienz im Heizungssystem durch das unbehandelte Rohwasser beeinträchtigt? Die gelösten Härtebildner (je nach Rohwasserhärte) fallen unter dem Einfluss von Wärme im Wärmeerzeuger aus und bilden sogenannte Caliciumcarbonatdeckschichten aus. Diese Deckschichten reduzieren wie Rohrdämmungen den Wärmedurchgang vom Wärmeerzeuger auf das Wärmeträgermedium. Bereits ein Millimeter CaCO₃ reduziert den Wirkungsgrad um ca. 10 %. Derartige Deckschichten verhindern somit dauerhaft einen energieeffizienten Betrieb der Wärmeerzeugeranlage und des gesamten Heizsystems.

Für die Vermeidung von Kalkausfällungen stehen in der Praxis zwei etablierte Verfahren zur Verfügung. Die Enthärtung und die Entsalzung. Die VDI 2035 zeigt klar auf, welche Lösungsansätze in der Planung, beim Betrieb und Instandhaltung eingehalten werden müssen.
In der Überarbeitung der Richtlinie VDI 2035 03-2021 wird Steinbildung und wasserseitige Korrosion betrachtet. Die Steinbildung lässt sich mit den genannten Verfahren realisieren, aber das Thema Korrosion darf nicht vergessen werden, da hier der Schlüssel für einen langen Lebenszyklus der Anlage liegt. Das Thema Korrosion ist abhängig von der Leitfähigkeit und der Verfügbarkeit von Sauerstoff. Hier gibt es einige Punkte zu betrachten, dies wird im Vortrag entsprechend beleuchtet.

Wir zeigen Ihnen von der Anlagenbetrachtung, Werkstoffanforderung & Vorgaben der Richtlinie alle planungs- und praxisrelevanten Inhalte. Lösungsmöglichkeiten für die Erstinstallation bis hin zur anlagenspezifischen unterbrechungsfreien Inline-Aufbereitung werden dargelegt. Der richtige Lösungsweg liegt hier im vollentsalzten Wasser, nur so kann der dauerhaft energieeffiziente und störungsfreie Betrieb unter Einhaltung der Herstellergewährleistung und den allgemein anerkannten Regeln der Technik abgebildet werden.

Wärmeübertragungsbedingungen an der Erdoberschicht unter den Bedingungen oberflächennaher Erdwärmenutzung

Der Boden in seiner Vielfalt ist die Grundlage der pflanzlichen Produktion in der Forst- und Landwirtschaft und zunehmend auch Energiespeicher für technische Prozesse. Mit den zunehmenden Herausforderungen zwischen Ökonomie, Ökologie und Gemeinwohl wird immer deutlicher, dass es mehr denn je nötig wird, möglichst viele Vorgänge und Faktoren, besonders in oberflächennahen Erdschichten zu kennen, um einerseits Flora und Fauna und damit die Fruchtbarkeit des Bodens zu erhalten, aber auch thermische Vorgänge effizienter zu nutzen.
Durch die prognostizierten Klimaänderungen können sich in Deutschland auch gravierende Folgen für die Bodennutzung ergeben. Im Zusammenhang damit verändern sich Niederschlagsmengen und deren Verteilung innerhalb Deutschlands und im Jahresverlauf. Die verringerten jährlichen Niederschläge sowie eine erhöhte Verdunstung führen zu einem Rückgang der Sickerwassermengen. Da die Abschätzung der einzelnen Evapotranspiration mit erheblichen Unsicherheiten verbunden ist, wird in den vorbereitenden Planungsphasen dringend ein zusätzlicher Anpassungsprozess empfohlen.
Als oberflächennahe Bodenschichten sind die Bodenqualitäten einbezogen, die direkt unterhalb der Erdoberfläche bis zu einer maximalen Tiefe von 2,0 m liegen, wie in Bild 1 skizziert.

Bild 1: Schematische Anordnung Erdreichschichten

In dem in Bild 1 benannten Erdreich laufen im ganzen Jahr sehr verschiedene und auch komplexe thermische Wechselwirkungen mit der Außenumgebung ab. Die relevantesten physikalischen Eigenschaften des Erdreichs sind:
– die Wärmeleitfähigkeit λ_E in W/(m*K),
– die spezifische Wärmekapazität c_(p,E) in Wh/(kg*K) bzw. Wh/(m³*K),
– die Temperatur t_E in °C und die Temperaturschichtung im Erdreich.

Im Anwendungsfall der oberflächennahen Erdwärmenutzung wird der Boden vorwiegend als Wärmespeicher in Anspruch genommen, aber der Bodenschutz darf nicht vernachlässigt werden. Die benannten wärmetechnischen Eigenschaften sind regional sehr unterschiedlich und variieren innerhalb einer Bodenart außergewöhnlich stark. Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften für die Nutzung oberflächennaher Erdwärme müssen deswegen immer belastbar festgestellt werden. Sorgfalt und Sachverstand sind zwingende Voraussetzungen für die Planung, Ausführung und den Betrieb einer oberflächennahen Erdwärmenutzungsanlage.

Sachverständigentätigkeit als Wissensvermittlung, Handlungs- und Strategieempfehlung bei der Energietransformation

Transformationsprozess in der Gebäudeenergieversorgung – Elektroenergie + Wasserstoff durch innovative Ingenieurleistungen für einen CO2-neutralen Gebäudebestand kombinieren

Die Energiewende und die sich veränderten rahmenpolitischen Randbedingungen bedingen eine radikale Änderung der Energie- und Wärmeversorgung in Deutschland. Bisher sind die energetischen Versorgungsstrukturen in Hinblick auf die Bundesländer sehr unterschiedlich ausgeprägt. Abb. 1 zeigte eine aktuelle Übersicht zur Wärmeversorgung in den Bundesländern in Deutschland.

In den Stadtstaaten und den östlichen Bundesländern besitzt die Fernwärmeversorgung einen signifikanten Anteil. In den westlichen Flächenländern ist die Versorgung mit Erdöl und Erdgas dominierend. Systeme auf Basis von Umweltenergie sind aktuell unterrepräsentiert.

Der Transformationsprozess, der in den kommenden Jahren beschleunigt realisiert werden muss, ist die Substitution von fossilen Energieträgern durch erneuerbare Energieträger. Prädestiniert ist hierfür die Wärmepumpentechnologie, da als Wärmequellen die Außenluft, das Erdreich sowie das Grundwasser zur Verfügung stehen. Jedoch ist diese Technologie auch nicht frei von Herausforderungen für den Gebäudebestand in Deutschland. Besonders angesprochen sei in diesem Zusammenhang die geringen Wirkungs- und Nutzungsgrade bei hohen Systemtemperaturen (z.B. Warmwasserbereitung) und die Problematik der hohen GWP-Faktoren[1] bestehender Kältemittel. Der Ersatz der Kältemittel durch natürliche Kältemittel ist zwar im Gange, bringt jedoch neue Herausforderungen wie z.-B. die Brennbarkeit bei Verwendung von Propan. Eine alternative Technologie könnte die Versorgung mit Wasserstoff als Sekundärenergieträger sein. Große Hersteller von Heizgeräten erweitern technologisch ihre Produkte auf die Nutzung von H₂. Problematisch ist jedoch in diesem Zusammenhang die fehlenden Erzeugungskapazitäten in Deutschland und die in Teilen zu ertüchtigende Infrastruktur, besonders die des Gastransportnetzes.

Strukturell wird der Gebäudeenergietechnikbereich zukünftig eine deutliche aktivere Rolle im Energiesystem einnehmen, da er sich vom Consumer zum Prosumer wandelt. Dies ist als sehr positiv einzuschätzen, dass somit die Verantwortlichen auf lokaler Ebene direkt in die Umgestaltung des Energiesystem mit eingebunden werden und hierdurch die Akzeptanz steigt. Wichtig ist jedoch, dass bei den so entstehenden neuen „Zellularen Energiesystemen“ (siehe Abb. 2.) Energieeffizienz, Wirtschaftlichkeit und die finanzielle Belastung der Bürger in Einklang stehen.