Konfliktsituation Hygiene und Energie in der Warmwasserbereitstellung
- Titel
- Konfliktsituation Hygiene und Energie in der Warmwasserbereitstellung
- Autor/in
- Datierung
- 07.06.2024
- Beschreibung
- In modernen Wohnbauten benötigt die Wassererwärmung ebenso viel Energie wie die Raumheizung. Neben
der Energieeffizienz muss aufgrund der potenziellen Gefahr durch Bakterien, wie beispielsweise den
Legionellen, auch die Hygiene sichergestellt werden. Das Ziel dieser Arbeit ist daher, die Energieeffizienz und
Hygiene der Schicht- und der Stufenladung zur Wassererwärmung zu untersuchen und dabei mögliche
Optimierungen und Einsatzbereiche aufzuzeigen.
Als methodische Grundlage dieser Arbeit diente eine Literaturrecherche sowie theoretische Analysen der
beiden Ladearten. Zudem wurde ein Versuchsstand konzipiert und realisiert, um Untersuchungen zur
Energieeffizienz und Hygiene der beiden Ladearten durchzuführen. Dieser ermöglichte den Einfluss der
Zirkulation und des Warmwasserbezugs auf die Warmwasserladung zu analysieren. Der Versuchsstand stellte
für die Untersuchungen ein Referenzgebäude mit 16 Wohnungen und einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe dar.
Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass die Stufenladung den Stromverbrauch der Wärmepumpe zur
Wassererwärmung im Vergleich zur Schichtladung um etwa 15 % reduziert. Dies liegt daran, dass die
Wärmepumpe bei der Stufenladung die Speichertemperatur schrittweise erhöht, während bei der Schichtladung
jederzeit die Warmwassersollwerttemperatur erreicht werden muss. Gegen ende der Ladung verursacht die
Stufenladung im obersten Bereich des Speichers Temperaturabsenkungen von 0.4 bis 4.7 K. Da die
Solltemperatur bei den Messungen innerhalb von etwa 20 Minuten wieder erreicht wird, werden diese
Temperaturabsenkungen für Nutzungen wie Wohnen als unkritisch eingestuft. Die Schichtladung zeigt keine
Absenkungen und bewirtschaftete das Spitzendeckungsvolumen direkt, wodurch sie besser für die Nutzung bei
Krankenhäuser und Hallenbäder geeignet ist.
Insgesamt zeigten die Versuche, dass die Stufenladung gegenüber der Schichtladung energieeffizienter ist.
Bezüglich der Hygiene müssten beide Ladearten durch Experten der Trinkwasserhygiene und Mikrobiologie
abschliessend bewertet werden. Zur energetischen Optimierung der Stufenladung sollten künftig die
Fühlerkonstellationen und deren Parameter sowie Speichereinbauten betrachtet werden. Zudem empfiehlt es
sich Messungen mit Zirkulationsnachwärmung und Speicherdämmung bei unterschiedlichen
Warmwasserprofilen durchzuführen, um eine umfassendere Bewertung der beiden Ladearten zu ermöglichen.
In modern residential buildings, water heating requires as much energy as space heating. In addition to energy
efficiency, hygiene must be ensured due to potential risks of bacteria, such as Legionella. Therefore, the aim
of this thesis is to investigate the energy efficiency and hygiene of stratified and step charging for water heating
and to identify possible optimizations and application areas.
The methodological principles of this work included a literature review and theoretical analyses of both
charging methods. Additionally, a test stand was designed and implemented to conduct experiments on the
energy efficiency and hygiene of the two charging types. Moreover was it possible to analyze the impact of
circulation and hot water usage on the charging process. This test stand simulated a reference building with 16
flats and a water/water heat pump.
The results of the experiments indicate that step charging reduces the electricity consumption of the heat pump
for water heating by approximately 15% compared to stratified charging. This is due to the fact that the heat
pump increases the storage temperature gradually in step charging, whereas stratified charging requires the hot
water setpoint temperature to be reached at all times. Towards the end of the charging process, step charging
causes temperature drops of 0.4 to 4.7 K in the uppermost part of the storage tank. As the setpoint temperature
is regained within approximately 20 minutes, these temperature drops are considered to be non-critical for
residential use. Stratified charging shows no temperature drops and manages the peak load volume directly,
making it more suitable for applications for example in hospitals and indoor swimming pools.
Overall, the experiments demonstrated that step charging is more energy-efficient than stratified charging.
Regarding hygiene, both charging methods need to be conclusively assessed by experts in drinking water
hygiene and microbiology. To further optimize step charging, future considerations should include sensor
configurations and their parameters as well as storage tank designs. Additionally, measurements with
circulation reheating and storage tank insulation under different hot water profiles are recommended to allow
a more comprehensive evaluation of the two charging methods.
- In modernen Wohnbauten benötigt die Wassererwärmung ebenso viel Energie wie die Raumheizung. Neben
- Urheberrechtshinweis
- Märki Joel, Schmid Mike, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
HSLU
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
Werk
- Titel
- Konfliktsituation Hygiene und Energie in der Warmwasserbereitstellung
- Beschreibung
- In modernen Wohnbauten benötigt die Wassererwärmung ebenso viel Energie wie die Raumheizung. Neben
der Energieeffizienz muss aufgrund der potenziellen Gefahr durch Bakterien, wie beispielsweise den
Legionellen, auch die Hygiene sichergestellt werden. Das Ziel dieser Arbeit ist daher, die Energieeffizienz und
Hygiene der Schicht- und der Stufenladung zur Wassererwärmung zu untersuchen und dabei mögliche
Optimierungen und Einsatzbereiche aufzuzeigen.
Als methodische Grundlage dieser Arbeit diente eine Literaturrecherche sowie theoretische Analysen der
beiden Ladearten. Zudem wurde ein Versuchsstand konzipiert und realisiert, um Untersuchungen zur
Energieeffizienz und Hygiene der beiden Ladearten durchzuführen. Dieser ermöglichte den Einfluss der
Zirkulation und des Warmwasserbezugs auf die Warmwasserladung zu analysieren. Der Versuchsstand stellte
für die Untersuchungen ein Referenzgebäude mit 16 Wohnungen und einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe dar.
Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass die Stufenladung den Stromverbrauch der Wärmepumpe zur
Wassererwärmung im Vergleich zur Schichtladung um etwa 15 % reduziert. Dies liegt daran, dass die
Wärmepumpe bei der Stufenladung die Speichertemperatur schrittweise erhöht, während bei der Schichtladung
jederzeit die Warmwassersollwerttemperatur erreicht werden muss. Gegen ende der Ladung verursacht die
Stufenladung im obersten Bereich des Speichers Temperaturabsenkungen von 0.4 bis 4.7 K. Da die
Solltemperatur bei den Messungen innerhalb von etwa 20 Minuten wieder erreicht wird, werden diese
Temperaturabsenkungen für Nutzungen wie Wohnen als unkritisch eingestuft. Die Schichtladung zeigt keine
Absenkungen und bewirtschaftete das Spitzendeckungsvolumen direkt, wodurch sie besser für die Nutzung bei
Krankenhäuser und Hallenbäder geeignet ist.
Insgesamt zeigten die Versuche, dass die Stufenladung gegenüber der Schichtladung energieeffizienter ist.
Bezüglich der Hygiene müssten beide Ladearten durch Experten der Trinkwasserhygiene und Mikrobiologie
abschliessend bewertet werden. Zur energetischen Optimierung der Stufenladung sollten künftig die
Fühlerkonstellationen und deren Parameter sowie Speichereinbauten betrachtet werden. Zudem empfiehlt es
sich Messungen mit Zirkulationsnachwärmung und Speicherdämmung bei unterschiedlichen
Warmwasserprofilen durchzuführen, um eine umfassendere Bewertung der beiden Ladearten zu ermöglichen.
In modern residential buildings, water heating requires as much energy as space heating. In addition to energy
efficiency, hygiene must be ensured due to potential risks of bacteria, such as Legionella. Therefore, the aim
of this thesis is to investigate the energy efficiency and hygiene of stratified and step charging for water heating
and to identify possible optimizations and application areas.
The methodological principles of this work included a literature review and theoretical analyses of both
charging methods. Additionally, a test stand was designed and implemented to conduct experiments on the
energy efficiency and hygiene of the two charging types. Moreover was it possible to analyze the impact of
circulation and hot water usage on the charging process. This test stand simulated a reference building with 16
flats and a water/water heat pump.
The results of the experiments indicate that step charging reduces the electricity consumption of the heat pump
for water heating by approximately 15% compared to stratified charging. This is due to the fact that the heat
pump increases the storage temperature gradually in step charging, whereas stratified charging requires the hot
water setpoint temperature to be reached at all times. Towards the end of the charging process, step charging
causes temperature drops of 0.4 to 4.7 K in the uppermost part of the storage tank. As the setpoint temperature
is regained within approximately 20 minutes, these temperature drops are considered to be non-critical for
residential use. Stratified charging shows no temperature drops and manages the peak load volume directly,
making it more suitable for applications for example in hospitals and indoor swimming pools.
Overall, the experiments demonstrated that step charging is more energy-efficient than stratified charging.
Regarding hygiene, both charging methods need to be conclusively assessed by experts in drinking water
hygiene and microbiology. To further optimize step charging, future considerations should include sensor
configurations and their parameters as well as storage tank designs. Additionally, measurements with
circulation reheating and storage tank insulation under different hot water profiles are recommended to allow
a more comprehensive evaluation of the two charging methods.
- In modernen Wohnbauten benötigt die Wassererwärmung ebenso viel Energie wie die Raumheizung. Neben
- Autor/in
- Datierung
- 07.06.2024
- Format
- 162 Seite
- Ort
- Sprache
Rechte
- Urheberrecht
- Märki Joel, Schmid Mike, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Hinweis zu Rechtsgrundlagen
- Lizenzierung
- Klassifikation