Die eXergiemaschine erzeugt umweltfreundlich warmes Wasser

Früher machte das Zubereiten von warmem Wasser nur einen kleinen Teil der Wärmelast von Wohnhäusern aus. Das hat sich in den letzten Jahren stark verändert, dann die Heizlast sinkt aufgrund der zunehmenden Energieeffizienz der Gebäude ständig ab, während der Bedarf an warmem Wasser gleichbleibt. Deswegen spielen Warmwasserlösungen, die die Ressourcen schonen, beim zusätzlichen Steigern der Effizienz der Häuser und beim Verringern des CO2-Ausstoßes eine wichtige Rolle.

Die eXergiemaschine nutzt die von einer konventionellen Luft-Wärmepumpe im Niedertemperaturspeicher (links) bereitgestellte Energie als Quelle, hebt das Temperaturniveau an und lädt den Hochtemperaturspeicher (rechts) für die Warmwasserbereitung (Bild: varmeco)

Priorität hat das Einhalten der Hygieneziele

Energieeffizienz darf aber nicht auf Kosten der Hygiene gehen. Ein Absenken der Warmwassertemperatur ist bei Objekten mit mehr als zwei Wohneinheiten nur in Ausnahmefällen möglich, denn einem Vermehren von Legionellen – den Erregern der gefährlichen Legionärskrankheit – wird typischerweise mit Warmwassertemperaturen von über 60 oder 65 Grad begegnet.

Weniger Wasservolumen, mehr Effizienz

Ein erster Schritt zur hygienischen Warmwasserbereitung ist das Erwärmen frischen Trinkwassers im Durchflussprinzip mit Wasser-Wasser-Systemen. Hierbei dient Heizwasser als Wärmelieferant und überträgt die Energie in einem sogenannten Frischwassererwärmer über einen Wärmetauscher auf frisches, kühles Trinkwasser. Heizwasser und Trinkwasser kommen dabei nicht in Berührung. Das Durchlauferhitzer-Prinzip macht einen Trinkwarmwasserspeicher entbehrlich und vermeidet somit einen potenziellen „Keimherd“ – der Inhalt eines Warmwasserspeichers müsste regelmäßig mit hohem Energieeinsatz auf hohe Temperaturen gebracht werden, um einer Vermehrung von Legionellen vorzubeugen. Das Prinzip des Durchlauferhitzers spart somit Energie.

Kürzere Wege, höhere Hygiene

Der zweite Schritt ist, die Frischwassererwärmer nahe an den Verbraucher zu bringen. Möglich ist dies mit sogenannten Wohnungsstationen. Sie versorgen jeweils einzelne Wohnungen mit Trinkwasser, Trinkwarmwasser und gegebenenfalls Heizwärme. Die Wohnungsstationen enthalten also einen eigenen, kleinen Frischwassererwärmer. Das zur Warmwasserbereitung im Haus zirkulierende Medium ist nicht das Trinkwarmwasser selbst, sondern Heizwasser; die Trinkwassererwärmung findet ja in der Wohnungsstation statt.

Verringerte Warmwassertemperatur

Durch den Einsatz der Wohnungsstation ergeben sich zwischen Trinkwassererwärmer und Zapfstelle sehr kurze Leitungswege mit meistens deutlich weniger als drei Liter Volumen – dies ist die Voraussetzung dafür, mit niedrigeren Warmwassertemperaturen arbeiten zu können, ohne die Hygieneziele zu verfehlen. Die wohnungsnahe Warmwasserbereitung bietet zudem den Vorteil, dass jede Wohneinheit durch ihren Wärmetauscher entkoppelt ist. Sollten sich also in den Leitungen einer Wohnung wider Erwarten Legionellen vermehren, können diese nicht das Warmwassersystem des ganzen Hauses kontaminieren und die Keime ließen sich leicht ausspülen.

Beispiel für eine Wohnungsstation: Das Modell VARIO fresh-light von varmeco mit integriertem Regler und der Möglichkeit des Fernzugriffs (Bild: varmeco)

Auch bei Einsatz einer Wohnungsstation und leicht verringerten Warmwassertemperaturen sollte das Heizwasser zur Warmwasserbereitung eine Temperatur von beispielsweise 55 Grad überschreiten können – mit einer Luft-Wasser- oder Erdwärme-Wärmepumpe ist das nicht sinnvoll machbar. Zwar gibt es Wärmepumpen, die einen großen Temperaturhub abdecken, sie arbeiten aber mit relativ niedrigem Wirkungsgrad. Da nur ein Teil der Wärme auf hohem Temperaturniveau benötigt wird, wäre dies sozusagen doppelt ineffizient. Eine Lösung ist, für Heizwärme und für die Warmwasserbereitung getrennte Temperaturniveaus bereitzustellen, zum Beispiel mit einem Zwei-Speicher-System, und mit einer Nacherhitzung zu arbeiten.

Zwei Temperaturniveaus schaffen

Bei einem solchen Zwei-Speicher-System kann einer als Niedertemperaturspeicher dienen und die Niedertemperatur-Heizkreise mit zirka 40 Grad versorgen. Er lässt sich von der Heizungswärmepumpe laden. Der zweite (oft kleinere) Speicher ist für Hochtemperatur (HT, ca. 60 Grad oder mehr) vorgesehen und stellt die Wärmeenergie für die Frischwassererwärmer bereit. Um das höhere Temperaturniveau zu erreichen, kann dem NT-Speicher Wasser entnommen und nacherhitzt werden, etwa durch einen Brenner oder einen elektrischen Heizstab. Der Nachteil wäre, dass dies ohne Einbeziehen von Umgebungswärme erfolgt und für jede Kilowattstunde Brennstoff oder Strom weniger als eine Kilowattstunde Wärme erzeugt wird. Eine „Hebelwirkung“, wie sie eine Heizungswärmepumpe durch Ausnutzung von Umweltenergie erreicht, existiert nicht.

Wärme-Boost mit der eXergiemaschine

Genau diese Hebelwirkung entfaltet die eXergiemaschine, eine Gemeinschaftsentwicklung von varmeco und der Schweizer BMS-Energietechnik AG. Die eXergiemaschine enthält einen Kältekreis, dessen Kondensator als „Wärme-Booster“ zwischen den NT- und den HT-Speicher geschaltet wird. Der Verdampfer wiederum kühlt das ihm zugeführte Wasser und speist es in den unteren Bereich des NT-Speichers. Das sorgt für eine große Temperaturspreizung im NT-Speicher, von dem die Heizungswärmepumpe profitiert.

Hoher Wirkungsgrad beim Temperaturhub

Im Gegensatz zu typischen Heizungswärmepumpen arbeitet die eXergiemaschine in einem höheren Temperaturbereich und kann große Temperaturhübe in einem Umlauf realisieren. Sie entfaltet dabei eine Hebelwirkung, die etwa Faktor fünf entspricht. Für jede eingesetzte Kilowattstunde Strom bringt sie rund fünf Kilowattstunden Wärme in den HT-Speicher ein.

Dank der nachgeschalteten eXergiemaschine (eXm) lässt sich die Wärmepumpe des Wohngebäudes dazu nutzen, warmes Wasser bei zirka 60 Grad bereitzustellen (Bild: varmeco)

Fallbeispiel Mehrfamilienhaus

Das beschriebene Konzept hat auch die Eigentümergemeinschaft des KFW-55-Hauses in der Anna-Kloos-Straße in Friedberg überzeugt. Das zwölf Wohneinheiten umfassende Objekt wird von einer mit grünem Strom betriebenen Wärmepumpe geheizt. Dezentrale elektrische Durchlauferhitzer und andere Lösungen zum Nacherhitzen waren der Eigentümergemeinschaft zu ineffizient – und die eXergiemaschine hier die Lösung der Wahl.

Die eXergiemaschine entnimmt dem NT-Speicher thermische Energie, hebt die Temperatur um rund 20 K an und speist die Wärme bei 60 Grad in den HT-Speicher. „So erreichen wir energieeffizient ein Temperaturniveau, das hoch genug ist für eine hygienische Warmwasserbereitung“, so Ulrich Rode, Sprecher der Eigentümergemeinschaft.

Nachhaltig und wirtschaftlich

Die im Haus verbauten Wohnungsstationen von varmeco stellen Warmwasser mit etwa 55 Grad auf kurzem Weg bereit. Rode: „So lässt sich die Drei-Liter-Regel mit Leichtigkeit einhalten. Und je kürzer die Wege zwischen Trinkwassererwärmer und dem Wasserhahn, desto geringer ist die Chance einer Verkeimung“, weiß er.

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe des Hauses liefert zirka 60.000 kWh Wärme jährlich und die eXergiemaschine bringt etwa ein Viertel davon auf das für die Warmwasserbereitung nötige, höhere Temperaturniveau. „Da die eXergiemaschine mit einem sehr hohem Wirkungsgrad arbeitet, benötigt sie nicht viel Strom und ihre Anschaffung amortisiert sich nach wenigen Jahren“, meint Rode. So entstand eine Lösung, die den Nachhaltigkeitsansprüchen der Eigentümergemeinschaft entsprach.

Hier noch ein Video, das die Frischwassertechnik erläutert:

Weitere Informationen: www.varmeco.de