Okologische Gebaudeausrustung

Peter Schütz Ökologische Gebäudeausrüstung Neue Lösungen

SpringerWienNewYork

Univ.-Lektor Dipl.-Ing. Dr. Peter Schütz Institut für Hochbau II, Technische Universität Wien, Österreich Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdruckes, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. © 2003 Springer-Verlag/Wien Printed in Austria Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürfen. Produkthaftung: Sämtliche Angaben in diesem Fachbuch/wissenschaftlichen Werk erfolgen trotz sorgfältiger Bearbeitung und Kontrolle ohne Gewähr. Insbesondere Angaben über Dosierungsanweisungen und Applikationsformen müssen vom jeweiligen Anwender im Einzelfall anhand anderer Literaturstellen auf ihre Richtigkeit überprüft werden. Eine Haftung des Autors oder des Verlages aus dem Inhalt dieses Werkes ist ausgeschlossen. Layout: Alois Kiendlhofer, Wien Druck und Bindearbeiten: Druckerei Theiss GmbH, A-9431 St. Stefan/Lavanttal Gedruckt auf säurefreiem, chlorfrei gebleichtem Papier – TCF SPIN: 10832239 Mit 509 Abbildungen Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. ISBN 3-211-83584-9 Springer-Verlag Wien New York

Ist dies ein Buch für SIE/DICH? Es ist jedenfalls ein Buch, das einen Überblick über moderne, ökologische Haustechnik gibt und eine Planungsanleitung für einfache, umweltfreundliche HLS-E Installationen. Wie das Buch aufgebaut ist und was es enthält, lässt sich am besten durch seine Entstehungsgeschichte erklären: Am Anfang, als ich vor etlichen Jahren mit der Planung begann und versuchte, meine ersten Projekte zu konzipieren, habe ich nach Fachbüchern gesucht, die auf einfache Weise, Schritt für Schritt, die Haustechnik erklären – Bücher, die auf simple, grundlegende Fragen einfache und kompetente Antworten geben. Ich habe leider kein einziges solches Werk gefunden. Alle Fachbücher richteten sich an Spezialisten, beantworteten komplexe Fragen und behandelten Details. Die grundlegenden und einfachen Dinge blieben aber unbeantwortet. Damals habe ich zum ersten Mal beschlossen, ein Buch zu schreiben, das diese Lücke ausfüllt und die Planung der Haustechnik leicht verständlich vermittelt. Später, als ich dann an der Technischen Universität Wien begann, die Fächer Technischer Ausbau (Haustechnik), Energiesparende Gebäudetechnik und auch EnergieDirektUmwandlung (ökologische Energieversorgung) zu unterrichten, fehlte mir wiederum ein Fach- bzw. Lehrbuch als Vorlesungsgrundlage. Ein Buch, das leicht verständlich und vom Einfachen beginnend, die Grundlagen und Abläufe der ökologischen Planung umfassend darlegt. Damals beschloss ich zum zweiten Mal jenes Buch zu schreiben. In der Zwischenzeit haben wir eine Reihe von interessanten und innovativen Projekten realisiert, wobei wir uns auf Alternativenergie, Umweltschutz, Energieeinsparung und Ökologie spezialisierten. Das von uns entwickelte Haustechnikkonzept heißt UMES ® – das Umweltfreundliche Minimal Energie System; es ist ein umfassendes Haustechnik- und Bauphysikkonzept mit innovativen Komponenten für innovative Gebäude. UMES erlaubt es, Objekte zu planen, die höchsten Komfort bieten, kombiniert mit geringstem Ressourcenverbrauch und minimalem Energieverbrauch. Die Referenzliste unserer UMES-Projekte wurde immer länger und ich beschloss zum dritten Mal, ein Buch zu schreiben, um darüber zu berichten. Endlich ist es mir das Vorhaben gelungen – das vorliegende Buch „Ökologische Gebäudeausrüstung“ stellt somit eigentlich drei Bücher dar: ■

Ein Buch, das sich an Jedermann, zum Beispiel den interessierten „Häuselbauer“, den angehenden Planer oder jungen Architekten wendet und versucht, auf grundlegende Fragen der Haustechnik Auskunft zu geben; also ein Buch, das auch dem NichtFachmann als Handwerkzeug für die grobe Planung von Heizung, Lüftung, Sanitär und Elektrotechnik dienen kann. ■ Das Lehrbuch für (meine) StudentInnen der TU-Wien, das ihnen die Haustechnik, insbesondere die ökologische Haustechnik näher bringen soll, damit sie bei der architektonischen Gestaltung von Gebäuden auf die Bedürfnisse der Haustechnik nicht vergessen, ihnen die Konzeption von alternativen ökologischen Konzepten erleichtert wird (und sie gute Noten bei der Prüfung bekommen). ■ Und schließlich ein Buch, das über einige der von uns gebauten Objekte berichtet und damit vielleicht interessante Anstöße, Aspekte und Einblicke in zukunftsorientierte UMES-Haustechnik bietet.

Allen meinen Mitarbeitern, die mir bei der Realisierung geholfen haben, möchte ich danken: Alexandra Bauer, Karin Hammer, Veronika Schey, Gerhard Sellner, Paulus Vergeiner. Peter Schütz, November 2002

5

Projektauszug Nr. Bauherr

Ort/Baujahr

Projektbeschreibung

02 BMWF

Zwettl/1982–85

Generalplanung und Errichtung Biogasforschungszentrum Edelhof, Entwicklung einer anaeroben Entsorgungsanlage; Planung, wissenschaftliche und biochemische Untersuchungen, Optimierung der Prototypanlage

08 OMV

UMES Generalplanung Wasserstoffdemonstrationshaus (Arch. Greg Lyn & Martin Treberspurg), HKLS, Brennstoffzelle, Elektrolyseur, Photovoltaik, Erdkollektor Generalplanung Alternativenergiefernheizwerk, Neulengbach

09 AFW

1995–96

10

NÖPlan

St. Pölten/1994–96 UMES-Energiekonzept NÖ-Regierungsviertel St. Pölten (Arch. Hoffmann), Heizkältemaschine, Solaranlage, Grundwassernutzung

12

ÖKOFONDS

Vorprojekt 30 MW Sondermüllverbrennungsanlage CZ

13

BMBT

UMES-Energiekonzept und Haustechnikplanung TU-Wien, Aspanggründe

14

ZEISS

Jena, Germany

Energetische Generalsanierungsplanung Carl Zeiss Jena GmbH.

15

Bank Austria

1996–97

UMES-Haustechnikplanung Bank Austria Hirschstetten (Arch. Sprinzl), HKLS, Heizkältemaschine, Poren-Pendeldecke, Wandheizkühlung, Intervallmodulationsregelung, Photovoltaik. Energiekennzahl Vollklimatisierung 30 kWh/m2a

16

TRIDELTA

Germany

Energetisches Gesamtkonzept für Industriekombinat Tridelta Hermsdorf

17

Steinberger

Laaben/1998–2000 UMES-Solarhaus (Arch. Treberspurg), Wärmepumpe, Kontrollierte Lüftung, Erdluftkollektor, Heiz/Kühldecke

18

Generali

1998–2000

19

HydrogenBatSys

UMES-Haustechnikkonzept LD-Wien (schiefes Hochhaus, Arch. Hans Hollein), Erdkollektor, Blockheizkraftwerk, AbsorberHeizkältemaschine, NT-Kühlung Entwicklung einer Miniatur-Wasserstoff-Brennstoffzelle für mobile Einsätze

20 Interunfall

Bregenz/1998–99

UMES-Haustechnikkonzept Landesdirektion Interunfall Bregenz (Arch. Jean Nouvel), Erdkälte, Solarabsorber, Brauchwasser, 3-fach-Luftnutzung, Erdluft

21

1998–99

UMES-Haustechnik Autohaus Mercedes/Honda (Arch. Johannes BaarBaarenfels), HKLS, Luftbrunnen, Erdkollektor, Statik als Luftkanäle

Benda

22 WEBU

UMES-Haustechnik Technologiezentrum Eisenstadt (Architekt Sepp Müller)

23 Kresto

UMES Niederenergiehaustechnk Büroneubau Vereinigte Schälmühlen (Arch. Rainer Pirker), HKLS, Luftbrunnen, Statik als Luftkanäle, Niederenergiefassade

24 Landis & Staefa

Rudolfinerhaus (Privatspital Wien), Blockheizkraftwerk und Energieoptimierung, Gebäudeleittechnik

25 KAV/KES

Haustechnikplanung Kaiserin Elisabeth Spital Wien (Architekten Fasch & Fuchs), Operationstrakt, Intensivstation, Zentralsterilisation und Ambulanzbereich

26 US-Embassy

Wien/1998–2000

Haustechnikplanung und energetische Gebäudeoptimierung Wien 1190, Linnéplatz und 1190, Hartäckerstraße

27 Mörtl Bau

Wolfsberg/1999

Haustechnikplanung Bürohaus Fa. Mörtl, Wolfsberg (Arch. Grundmann & Böhm) Luftbrunnen,Grundwasser-Luft-WT, Grundwassernutzung, Wandklimatisierung

6

28 GEBÖS1

Katharineng.

Humanökologisches Haustechnikkonzept Wohnhaus, Wien 10 (Arch. Gert M. Mayr-Keber) Luftbrunnen, Luft- und Lichttrichter, Regenwassernutzung, Wandklima

29 Kallco1

Brotfabrik/2000

Entwicklung und Planung Lüftungssystem: alternatives Büro QuellluftLüftungssystem

30 GEBÖS2

Wienerberg/2001

Ökologisches Haustechnikkonzept Wohnhaus, Wienerberg (Arch. Gert M. Mayr-Keber), UMES-Haus, 98 Wohnungen, Luftheizung, 2-RohrEnergiesystem für Heizung, Warmwasser und Solaranlage, Geothermie

31

CITY X.6/2000

Humanökologisches UMES-Wohnhaus, Favoriten (Arch. Mayr-Keber), 82 Wohnungen, Luftbrunnen, Luftheizung, TrinkwasserEnergiesystem

32 BUWOG1

Lorenz Mandl G./ 2000

Humanökologisches UMES-Wohnhaus, 1160 Lorenz Mandl Gasse (Arch. Rainer), 45 Wohnungen mit Luftbrunnen und Luftheizung, Trinkwarmwasserheizung

33 Kallco2

Wimbergerg./2000 Alternatives Haustechnikkonzept Bürogebäude, Wien 7 (Arch. Delugan), lüftungskanallose Klimatisierung, Gegenstrom-WT, luftführender Doppelboden,

34 HEIMBAU

Breitenfurt/2001

Wohnsiedlung, Wien 23 (Arch. H.Wimmer), Erdluftkollektor, Kondensationsluftvorwärmung, kontrollierte Wohnungslüftung

35 BBD

Wien/2002

Penthouse Wien 1 (Koblinger & Rogl), Kimawände, kontrollierte Wohnungslüftung

36 Privat

2002

Villa, Wien 13 (Rainer Pirker), Erdluftkollektor, kontrollierte Wohnungslüftung

GEBÖS3

Generali Hochhaus Wien, Projekt 18

7

Heizung

1

Grundlagen

10

1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.2.6 1.2.7 1.2.8 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.4.5 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.5.5 1.6 1.6.1 1.6.2 1.6.3 1.6.4 1.6.5 1.6.6 1.7 1.8

Überblick Raumklima Wärmehaushalt des Menschen Lufttemperatur Strahlungstemperatur Empfundene Temperatur Temperaturschichtung Luftfeuchte Luftbewegung Zusammenfassung Behaglichkeitsdaten Objekt und Wärmeverluste Arten der Wärmeverluste Reduktion der Wärmeverluste/Energiesparen Passive Nutzung der Sonnenenergie Niedrigenergie-, Passiv- und Nullenergiehäuser Wärmeabgabesystem/Heizflächen Vorlauf, Rücklauf, Auslegungstemperatur Mitteltemperaturheizkörper Niedertemperaturheizflächen Luftheizung Zusammenfassung Wärmeverteilung/Hydraulisches System Zentrale/dezentrale Wärmeerzeugung Hydraulik – Grundlagen Hydraulik – Details Sonderlösungen Schematische Darstellung, Symbole Energieträger/Wärmeerzeuger Elektrischer Strom Fernwärme Fossile Brennstoffe Bioenergie Sonnenenergie Wärmepumpen Regelung Systemüberblick

10 10 11 11 11 12 12 12 13 13 13 13 14 14 15 17 17 18 20 24 28 29 29 29 31 32 34 34 34 35 35 37 39 42 43 43

2

Planung, Vorentwurf

44

3

Beispiele

2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.2.1 2.2.2.2 2.2.2.3 2.2.2.4 2.2.3 2.2.3.1 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.2.1 2.3.2.2 2.3.2.3 2.3.2.4 2.4 2.4.1 2.4.1.1 2.4.1.2 2.4.1.3 2.4.1.4 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.4.1 2.4.4.2

Schritt 1: Wärmebedarfsabschätzung Ermittlung des Objektwärmebedarfs Schritt 1a: u-Werte der Bauteile, Leitwerte Schritt 1b: Leitwerte Schritt 1c: Normheizlast Schritt 1d: Spezifische Heizlast Schritt 1e: Jahresheizwärmebedarf Schritt 2: Heizsystementscheidung Schritt 2a: Systementscheidung, Behördenkontakte Schritt 2c: Auslegung Wärmeerzeuger Gesamtwärmeleistung Dimensionierung Gas- und Ölkessel Dimensionierung von Wärmepumpen Wärmeübergabestationen (UFO) Schritt 2d: Wärmeabgabesystem Dimensionierung Fußbodenheizung Schritt 3: Hydraulisches Konzept Schritt 3a: Einteilung in Heizzonen/Heizkreise Schritt 3b: Konzept für „Hydraulik“ Pufferspeicherdimensionierung Verteilerschiene Leitungsdimensionierung Pumpendimensionierung Schritt 4: Platzbedarf und Bauangaben Schritt 4a: Heiz- bzw. Haustechnikräume Haustechnikzentrale Platzbedarf Platzbedarf für Gas- und Ölkessel Platzbedarf für Wärmepumpen Platzbedarf für Umformerstationen Schritt 4b: Brennstoffversorgung Schritt 4c: Abgasanlagen Schritt 4d: Wärmeversorgungsleitungen Schächte Leitungstrassen und Kollektorgänge

44 44 46 47 49 50 50 51 51 52 52 53 54 55 56 56 57 57 59 60 61 61 61 65 65 65 66 68 68 69 69 70 70 74

3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6 3.2.7 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.5 3.5.1 3.5.2

Lorenz-Mandl-Gasse Wärmeversorgung Heizung Warmwasserbereitung Solaranlage City X.6 Wärmebedarf Luftheizung Umluftheizung Trinkwarmwasserheizung Teilsolare Raumheizung Hydraulik und Regelung Energieträger/Öltank Wienerberg-City Ausschreibung Haustechnikraum Bürohaus Fa. Mörtl Planungsgrundlagen Normwärmebedarf Wärmeverteilung/Heizflächen Wärmeerzeugung Regelung Autohaus Benda Heizung/Kühlung Regelung

76 76 76 78 80 80 81 81 81 83 83 83 86 86 87 87 87 99 100 100 102 102 103 104 104 108

1

Grundlagen 1.1 Überblick

Abb. 1: Das Heizsystem soll mit Hilfe eines Energieträgers (Primärenergie) ein gewünschtes Raumklima herstellen. 

Heizsystem besteht aus ■ Objekt/Wärmeverlust ■ Nutzer/Raumklima ■ Regelung ■ Wärmeabgabe ■ Wärmetransport ■ Wärmeerzeuger ■ Energiequelle

Abb. 2: Schematische Darstellung und Überblick über die Komponenten eines Heizsystems. Gebäude, Nutzungszweck, Wärmeabgabesystem, Wärmetransportsystem, Regelung, Wärmeerzeuger, Energieträger

Die Heizung soll das gewünschte Raumklima für den bestimmten Nutzungszweck eines Gebäudes unter Verwendung eines Energieträgers herstellen. Abb. 1

Im Prinzip besteht ein Heizsystem aus dem zu beheizenden Objekt, dem Wärmeabgabesystem, einem Wärmetransport- und Verteilungssystem, dem Wärmeerzeuger, der Regelung sowie der Energiequelle. Es muss auf den jeweiligen Verwendungszweck des Objektes abgestimmt sein. Abb. 2 Die Vielfalt möglicher Energiequellen, wie zum Beispiel Gas, Öl, Holz, Strom, Fernwärme, Solarenergie, Erdwärme sowie die individuellen Komfort- und Temperaturanforderungen, beispielsweise für Wohnung, Büro, Geschäft, Gewerbe, Industrie, Schwimmbad und dergleichen, erfordern gänzlich unterschiedliche und auf den jeweiligen Fall angepasste Heizsysteme. Dieses Kapitel soll bei der Auswahl des richtigen Heizsystems sowie dessen Grobplanung unterstützen.



Folgende Themen werden behandelt: Raumklima: Rahmenbedingungen für das Heizsystem, Nutzungsprofile, Behaglichkeit, Wärmeabgabe des Menschen Objekt: Wärmeverlust, Energieverbrauchsreduktion, passive Solarenergienutzung, Niedrigenergie-, Passiv- und UMES-Häuser Wärmeabgabesysteme: Radiator-, FußbodenWand- und Luftheizung, Hypokausten, Fancoils Wärmetransport: Wärmeverteilung, Rohre, Pumpen, Regelung, Hydraulik Wärmeerzeuger: Heizkessel, Wärmepumpen, Fernwärmeumformer, Sonnenkollektoren Energiequellen: fossile und erneuerbare Energieträger Systemüberblick: Flussdiagramm für die Wahl des richtigen Heizsystems

1.2 Raumklima Während manche Lebewesen die Fähigkeit besitzen, sich mit ihrer Körpertemperatur der Umgebung anzupassen, muss der menschliche Körper eine annähernd konstante Temperatur von 37°C ± 0,8 °C aufrecht erhalten; zusätzlich muss die Abfuhr von Abwärme aus der Energieumsetzung (Nahrung 3 Lebensenergie + Verlustwärme) gewährleistet werden. Die Aufgabe von Heizsystemen liegt darin, diese physiologisch nötige Wärmeabgabe durch Temperierung der Umgebung derart zu regulieren, dass ein Gleichgewicht zwischen Körperwärmeproduktion und Wärmeabgabe herrscht und sich der Mensch behaglich fühlt. Das thermische Behaglichkeitsempfinden ist eine natürliche Schutzmaßnahme des menschlichen Körpers zur Erhaltung des lebensnotwendigen Wärmehaushaltes. Als Thermofühler funktionieren Kälterezeptoren in der gesamten Haut, sowie Wärmerezeptoren im vorderen Stammhirn, welche die körpereigene Temperaturregelung steuern. Als Näherungswerte gelten: Sinkt die Hauttemperatur unter 33 °C, friert man, übersteigt die Stammhirntemperatur 37°C, setzt Schwitzen zur Regelung der Wärmeabgabe ein. Thermische Behaglichkeit liegt dann vor, wenn diese Schwellenwerte weder über- noch unter-

10

Heizung

schritten werden und ist vor allem abhängig von den Faktoren: ■ Wärmeproduktion/Wärmeabgabe (Aktivitätsgrad) ■ Raumlufttemperatur ■ Mittlere Temperatur der Umschließungsflächen ■ Luftfeuchtigkeit ■ Luftbewegung ■ Wärmedämmung der Kleidung weiters von Geschlecht, Alter, Konstitution, Gesundheit, Nahrungsaufnahme, Jahreszeit, Beleuchtung, Lärmbelastung/Geräuschpegel, Qualität der Raumluft, Geruchsbelastung und psychischen Einflüssen. Die Hauptaufgabe von Heizungs- und Klimaanlagen liegt darin, das Wohlbefinden und die Gesundheit der Menschen, sowie deren Arbeitsund Leistungsfähigkeit zu erhalten. Dafür müssen in unseren Breiten konventionell gebaute Häuser, um sie bewohnbar zu machen, im Durchschnitt 200 Tage pro Jahr beheizt werden; Niedrigenergiehäuser kommen auf nur 50–100 Heiztage, Passiv- und UMESHäuser auf viel weniger.

1.2.1 Wärmehaushalt des Menschen Selbst bei völliger Ruhe gibt der Mensch ca. 80 Watt Wärme ab. Mit steigender Aktivität muss die Wärmeabgabe an die Umgebung zunehmen, um eine konstante Körpertemperatur aufrecht zu erhalten und um Wärmestaus zu vermeiden. Dies geschieht durch: ■

Wärmeabstrahlung (~ 50 %). Erfolgt über den materiefreien Raum hinweg, und wird von Körpern, z. B. umgebenden Flächen absorbiert und in Wärmeenergie umgesetzt.

■

Wärmeleitung an berührende Flächen durch die Weitergabe von Wärmeenergie an benachbarte Teilchen in festen, gasförmigen und ruhenden flüssigen Medien. ■ Atmung, Ausscheidungen, Nahrung, usw. Abb. 3 

Abb. 3: Wärmeabgabe des normal bekleideten Menschen ohne körperliche Tätigkeit bei ruhender Luft: In Abhängigkeit von der Temperatur und dem Aktivitätsgrad verschieben sich die einzelnen Beiträge zueinander. Die genauen Daten siehe in Kapitel Lüftung, Personenwärmeabgabe.

1.2.2 Lufttemperatur Die Lufttemperatur ist verantwortlich für die konvektive Wärmeabgabe des Menschen. Wesentlich um sich wohl zu fühlen, ist die Gleichmäßigkeit der Temperatur im Raum. In allen geheizten Räumen bestehen je nach Art der Heizung, Lage, Größe und Temperatur der Heizkörper sowie Außentemperatur Temperaturschichtungen. Temperaturunterschiede sinken mit verbesserter Wärmedämmung und Dichtheit der Fenster und Türen. Für den unbekleideten Menschen werden 28 °C, für sitzende Menschen ohne körperliche Arbeit im Winter 22 °C, im Sommer 22–24 °C als optimal angesehen, für Räume in denen sich Frauen oder alte Menschen aufhalten 23–24 °C.

Konvektion

1.2.3 Strahlungstemperatur ■

Konvektion (~ 25 %). Jeder warme Körper erwärmt die umgebende Luft, die dadurch aufsteigt und die Wärme abtransportiert.

■

Verdunstung (~15 %). Der Schweiß an der Hautoberfläche verdunstet. Für die Phasenumwandlung flüssig 3 gasförmig ist die Verdunstungswärme erforderlich, die dem Körper dabei entzogen wird.

Die mittlere Temperatur aller umgebenden Flächen (Wände, Heizkörper, Fenster, Einrichtungsgegenstände) in einem Raum, die sogenannte mittlere Strahlungstemperatur TWAND, ist für den Wärmehaushalt des menschlichen Körpers sehr wesentlich.

Strahlung

TW = (4(Ai x Ti) / 4Ai)

Raumklima

11

Abb. 4: Behaglichkeit in Abhängigkeit von der Wärmestrahlung 



Abb. 5: Behaglichkeitsfelder mit Wand- und Lufttemperaturen; TE = Empfindungstemperatur

Die Temperaturunterschiede der einzelnen Umgebungsflächen (Ai) sollten gering sein, damit der menschliche Körper allseitig gleichmäßig Wärme abstrahlen kann. Abb. 4

Kühle Decken und warme Wände wirken behaglicher als heiße Decken oder kalte Wände. Auch die Fußsohlen stellen einen wichtigen Wärmerezeptor dar, daher können z. B. Fußbodenheizungen die körpereigene Temperaturregelung irritieren.

1.2.4 Empfundene Temperatur Die Lufttemperatur TLUFT und die mittlere Strahlungstemperatur TWAND haben annähernd den gleichen Einfluss auf die Entwärmung des menschlichen Körpers. Aus deren Mittelwert ergibt sich daher eine für das menschliche Behaglichkeitsempfinden maßgebliche Größe, die empfundene Temperatur TE. TE = (TLuft + TWand)/ 2 Je weniger die beiden Temperaturen TLuft und TWand von einander abweichen ≤ (3 °C) und je mehr sie sich dem Wert von 20–22 °C nähern, desto gleichmäßiger und damit behaglicher erfolgt die Entwärmung des menschlichen Körpers. Asymmetrische thermische Belastung des Körpers, z. B. in der Nähe eines heißen Heizkörpers oder eines kalten Fensters (Abb. 4) bewirken Unbehagen. Im Sommer steigern kühlere Wand- als Lufttemperaturen das Wohlbefinden, im Winter wärmere Luft- als Wandtemperaturen; dadurch erklärt sich auch das gute Raumklima bei Wand- und Niedertemperaturdeckenheizungen bzw. mit Kühldecken.

12

Heizung

1.2.5 Temperaturschichtung Unterschiedlich große und unterschiedlich warme und unterschiedlich situierte Heizflächen ergeben im Raum unterschiedliche Temperaturprofile. Die Wärmeabgabe an den Raum sollte, um dem idealen Temperaturprofil möglichst nahe zu kommen, in vertikaler wie horizontaler Richtung gleichmäßig sowie zeitlich konstant sein. Das Raumtemperaturprofil hängt natürlich noch weiters ab von der Bauphysik, also von den u-Werten der Wände und Fenster sowie von der Luftbewegung im Raum. Abb. 6

1.2.6 Luftfeuchte Die Wärmeabgabe des menschlichen Körpers erfolgt zum Teil auch durch Verdunstung an der Hautoberfläche. Somit hat die Luftfeuchtigkeit einen gewissen Einfluss auf das Behaglichkeitsempfinden. Bei einer normalen Raumtemperatur von 20–22 °C und insbesondere im Winter beim Heizen, spielt die Entwärmung durch Verdunstung aber nur eine untergeordnete Rolle. Die Klimatechnik gibt als optimalen Bereich 35–65 % relative Luftfeuchtigkeit an. In der Heizperiode im Winter kann zu geringe Luftfeuchtigkeit zu Staubbildung, elektrischer Aufladung der Luft und Austrocknung der Schleimhäute führen. Das Kratzen im Hals steht meist nicht in direktem Zusammenhang mit trockener Luft, sondern ist durch Mikrostaub verursacht, der vom Heizsystem aufgewirbelt wird. Abhilfe schaffen hier großflächige



Abb. 6: Temperaturprofile der Wärmeabgabesysteme

Niedertemperaturheizungen, z. B. Wand- und Deckenheizungen aber auch Luftheizsysteme mit Spezialfiltern.

1.3 Objekt und Wärmeverluste 1.3.1 Arten der Wärmeverluste

1.2.7 Luftbewegung Fühlbare Luftbewegung wird in geschlossenen Räumen durchwegs als störende Zugluft empfunden, insbesonders wenn die bewegte Luft eine geringere Temperatur als die Raumluft aufweist. Zugluft, verursacht z. B. von undichten Fenstern oder Kaltluftabfall von Fenstern, gilt als häufigste Ursache für Wohlbefindensstörungen. Dichte Fenster mit gutem u-Wert in Verbindung mit kontrollierter Wohnraumlüftung schaffen hier die beste Behaglichkeit.

1.2.8 Zusammenfassung Behaglichkeitsdaten Ziel der Erstellung von Behaglichkeitsmaßstäben ist es, einen möglichst großen Prozentsatz an Raumbenutzern zufrieden zu stellen. Die Idealbedingungen für leichte sitzende Tätigkeit, also Wohnung und Büro, wären: Raumtemperatur

TE = 22–24 °C, ±2 K

Fußbodentemperatur

TF = 23–24 °C, < 29 °C

Wand/Deckentemperatur TW = TD = TLuft ±3 K Mittlere Luftgeschwindigkeit

vL < 0,2 m/s

Luftfeuchtigkeit

rF = 35–65 %

Die Temperaturdifferenz zwischen Innenraum und Außenluft führt zu Wärmeverlusten des Gebäudes. TRANSMISSIONSWÄRMEVERLUSTE sind durch Wärmeleitung über die Umschließungsflächen bedingt. Der Anteil der Transmissionsverluste bei herkömmlichen Einfamilienhäusern beträgt die Hälfte bis zwei Drittel des Heizenergieverbrauches. LÜFTUNGSWÄRMEVERLUSTE werden durch die nach außen entweichende Raumluft und kalte eindringende Außenluft bedingt. Hauptsächlich durch undichte Fenster und Türen, aber auch mechanische Lüftung. Der Luftwechsel ist teils erwünscht und nötig, um dem Menschen die Atemluft zur Verfügung zu stellen, andererseits aber unerwünscht, wenn die kalte Luft unkontrolliert über Ritzen und Fugen eindringt. UMWANDLUNGSWÄRMEVERLUSTE entstehen im Heizkessel bei der Umwandlung des Brennstoffes in Nutzwärme. Bei konventioneller Technik gehen sie ungenutzt durch den Rauchfang verloren. Abb. 7

Objekt und Wärmeverluste

13

Transmissionsverluste so gering sind. Wesentliche Einsparungen in diesem Bereich sind vor allem durch eine Verringerung vermeidbarer Wärmeverluste (z. B. Fugenabdichtung) sowie eine Minimierung und Stabilisierung der Lüftung auf das physiologisch und hygienisch Erforderliche zu erreichen. (siehe Kapitel Lüftung) WIRKUNGSGRAD: Rationeller Einsatz von



Abb. 7: Die Anteile der Transmissions-, Lüftungs- und Umwandlungswärmeverluste in einem Haus mit konventionellem Heizsystem und mit Wärmedämmung nach der OÖ Bauordnung 85.

Wärmedämmung gegen Transmissionsverluste

1.3.2 Reduktion der Wärmeverluste/Energiesparen EINSPARUNGSPOTENTIAL: In Mitteleuropa liegt

das größte Energieeinsparungspotential in der Raumheizung, deren Energiebedarf etwa 40 % des nationalen Gesamtenergieverbrauches ausmacht. Bei einem durchschnittlichen Einfamilienhaus beträgt der Anteil der Heizung am Gesamtenergieverbrauch 70–80 %. Um eine Reduktion des Energieverbrauches zu erreichen, müssen einerseits die Wärmeverluste und der Energieverbrauch im Gebäude selbst minimiert und andererseits die Energiegewinne durch z. B. passive Nutzung der Sonnenenergie und optimale Ausnutzung des Energieinhaltes der Brennstoffe maximiert werden.

Energie setzt eine effiziente Nutzung des Energieinhaltes der Brennstoffe (z. B. durch optimale Einstellung, Regelung und Wartung der Anlage) voraus. Der Wirkungsgrad I bezeichnet das Verhältnis von abgegebener Wärmeleistung zu verbrauchter Brennstoffleistung und liegt je nach Heizung durchschnittlich zwischen 75 und 85 %, mit Brennwertgeräten sogar über 100 %.

1.3.3 Passive Nutzung der Sonnenenergie Passive Solarsysteme sind sonnenenergienutzende Einrichtungen, in denen der Energietransport im wesentlichen ohne zusätzliche (elektro-)mechanische Hilfe funktioniert. Die Nutzung der Sonnenenergie erfolgt durch Absorption an Feststoffen (oder Flüssigkeiten) und durch Umwandlung in Wärme. Ein passives Solarsystem funktioniert durch das Zusammenwirken folgender fünf Elemente:

WÄRMESCHUTZ: Die Aufgabe des Wärmeschut-

zes liegt in der Verringerung der Wärmeverluste durch entsprechende Maßnahmen, z. B. durch Sanierungsmaßnahmen an Gebäudeumschließungsflächen, Fenstern und Türen, Dämmungsmaßnahmen an wärmeführenden Rohrleitungen, etc. Zukunftsweisende Planung sollte sich zumindest an den Anforderungen des Niedrigenergiehauses orientieren und Isolationsstärken von 15 cm bis 20 cm aufweisen. Mit wachsender Dämmung steigen zwar die Investitionskosten, gleichzeitig sinken aber die Kosten für Wärmeverluste. Lüftungswärmeverluste

14

Durch das Optimieren der Wärmedämmung steigt der prozentuelle Anteil des Lüftungswärmeverlustes stark an; in einem konventionell gebauten Haus aus dem Jahr 1985 liegen die Lüftungswärmeverluste bei 12 %, in einem Niedrigenergiehaus bei 50–70 %, weil die

Heizung

KOLLEKTOR: Das Auffangen bzw. Sammeln der Sonnenenergie erfolgt meist durch transparente Bauteile, die eine selektive Energiedurchlässigkeit besitzen, das heißt, dass sie die kurzwellige energiereiche Sonnenstrahlung fast ungehindert durchlassen, aber für die langwellige Wärmestrahlung weitgehend undurchlässig sind (Wärmeschutzverglasungen). ABSORBER: Oberflächen, an denen die Sonnen-

strahlung in Wärme umgewandelt wird, insbesondere die Oberflächen von besonnten Innenräumen. WÄRMESPEICHER: Die Energiespeicherung

durch massive Bauteile, Speicherelemente (z. B. Fußboden, angestrahlte Innenwände, Sonnenwände) und Speicherkonstruktionen (z. B. Schotterspeicher) erfolgt zum Zeitpunkt



Abb. 8: Schematische Darstellung der Elemente eines passiven Solarsystems Quelle: Treberspurg, Neues Bauen mit der Sonne, Springer 1999

der Zustrahlung, die Wärmeabgabe zeitverzögert, am besten in der Zeit des größten Bedarfs.

1.3.4 Niedrigenergie-, Passiv- und Nullenergiehäuser

WÄRMEVERTEILUNG: Die Energieverteilung kann

WÄRMEBILANZ: Das Gleichgewicht aus

durch Konvektion, Leitung und Strahlung erfolgen, als Wärmeträger funktionieren feste Baustoffe, Luftsysteme und auch Flüssigkeiten.

Wärmeverlusten durch Transmission (PT) und Lüftung (PL) einerseits und Energiegewinnen durch Sonne (QS), Personen (QP) Geräteabwärmen (QG) sowie der Energiezufuhr durch die Heizung (H) andererseits, wird durch die Wärmebilanzgleichung dargestellt. (Abb. 9)

REGELUNG: Die Anpassung der solaren Gewinne

erfolgt durch Sonnenschutz, die Steuerung der Nutzung über Ventilatoren, beweglichen Wärmeschutz sowie Lüftungsöffnungen. NORMBAUTEILE: Als passive sonnentechnische

Bauteile können laut ÖN M 7700 eingesetzt werden: ■ Verglaste Fassadenelemente (Sonnenfenster) ■ Wintergärten (Sonnenveranda) ■ Sonnenenergiegewinnende Wände (Sonnenwand) Abb. 8

PT + PL = QS + QP + QG + QH PT PL QS QP QG QH

Transmissionswärmeverlust Lüftungswärmeverlust Energiegewinn durch Sonne Energiegewinn durch Personen Energiegewinn durch Geräte Energiezufuhr durch Heizung

Abb. 9: Vereinfachte Wärmebilanz eines Gebäudes 

ÜBERWÄRMUNG: Es besteht oft die irrige

Ansicht, dass ein Gebäude bloß dadurch, dass es mit möglichst viel Glas ausgestattet wird – sei es durch große südorientierte Fenster, Wintergärten oder sogar mit einer zweiten Hülle aus Glas – automatisch ein ökologisches und nutzerfreundliches Niedrigenergiehaus wird. Das ist sicher nicht richtig! Viel Glas kann zu Problemen im Sommer durch Überwärmung, im Winter zu erhöhtem Wärmebedarf und zu Baukostensteigerungen führen. Solararchitektur und passive Sonnenenergienutzung sind äußerst heikle Themen, die bei der Planung viel Erfahrung benötigen. Siehe z. B. Treberspurg, Neues Bauen mit der Sonne, Springer-Verlag 1999. Für jedes neue Objekt muss der Nachweis der Sommertauglichkeit nach ON B 8110-3 erbracht werden!

Die momentane Wärmebilanz ist vom jeweiligen Betriebszustand des Hauses, das heißt u. a. der Anzahl der Benutzer, den inneren Wärmequellen und der inneren Temperatur und von der Umgebung, d. h. vom Sonnenschein, der Außentemperatur usw. abhängig. Über das Jahr gemittelt ergibt die Summe der Wärmeverluste den Jahreswärmebedarf.

Objekt und Wärmeverluste

15

ENERGIEKENNZAHL, JAHRESWÄRMEVERBRAUCH: Die thermische Qualität eines

Abb. 10: Energiekennzahlen von verschiedenen Wohngebäuden 

Gebäudes wird üblicherweise mit der Energiekennzahl charakterisiert. Die Energiekennzahl gibt an, wie viel Energie jährlich pro Quadratmeter Nutzfläche des Gebäudes zum Heizen benötigt wird. Sie schwankt für Wohnhäuser zwischen 250 kWh/m2 und weniger als 50 kWh/m2 für Niedrigenergiehäuser. Energiekennzahl [kWh/m2a] = Jahresheizenergieverbrauch [kWh/a] / Nutzfläche [m2] Abb. 10



Abb. 11: Der Verlauf der Barwerte der Energiekosten, der Mehrinvestition und der Gesamtkosten beim Übergang von Niedrigenergiehaus zu Passivhaus. Ein sehr flaches Gesamtkostenoptimum wird bei 30–40 kWh/m2 erreicht. Für diese Energiekennwerte ist i. a. noch keine Wärmerückgewinnung aus der Abluft erforderlich. Die sprunghafte Kosteneinsparung bei QHa ≤ –15 kWh/m2a ergibt sich durch Wegfall des konventionellen Heizsystems und Nutzung der Lüftungsanlage zum Heizen. Quelle: Passivhausinstitut 

Abb. 12: Kostensituation eines UMES-Hauses in Anlehnung an die Daten des Passivhausinstituts gemäß Abb. 11.

16

Diese weit streuenden Zahlen machen es deutlich, dass die Berechnung der Heizlast ein wichtiger Schritt (Kapitel Planung) der Auslegung des Heizsystems ist. NIEDRIGENERGIEHÄUSER mit einem Jahres-

heizwärmeverbrauch von etwa QHa = 60 kWh/m2a stellen derzeit eine wirtschaftliche Form von energiesparenden Gebäuden dar und sind bei durchdachter Planung und unter Berücksichtigung der Grundsätze der Solararchitektur auch ohne wesentliche bauliche Mehrkosten zu verwirklichen. PASSIVHÄUSER definieren sich als Häuser

mit einem Jahresheizenergieverbrauch von maximal QHa ≤ 15 kWh/m2a. Sie erfordern bereits einen wesentlich erhöhten baulichen Aufwand. Voraussetzung sind sehr guter Wärmeschutz mit Wärmedurchgangskoeffizienten für die Außenwände von uWAND ≈ 0,1 W/m2K, passive Sonnenenergienutzung bei hochdämmender Verglasung in entsprechendem Rahmen umFENSTER ≈ 0,8W/m2K und Wärmerückgewinnung aus der Abluft. Der geringe Restwärmebedarf wird durch erwärmte Zuluft, häufig auch durch aktive Solarsysteme zugeführt. Derzeit sind Passivhäuser wegen ihrer extremen Anforderungen an den Wärmeschutz eher unökonomisch. Abb. 11

Heizung

UMES-HÄUSER stellen einen Kompromiss zwischen Niedrigenergiehaus und Passivhaus dar, man geht vom Dogma des 0,4–0,5-fachen Frischluftwechsels mit TMAX = 45 °C ab und erlaubt sowohl Umluft als auch höhere Zulufttemperaturen TMAX = 55 °C. Dies hat zur Folge, dass nicht nur die Gebäudehülle weniger extrem und teuer ausgebildet sein muss als bei Passivhäusern, sondern auch die Haustechnik billiger kommt.

Aus Abb. 11 war abzulesen, dass der Verlauf der Gesamtkosten für Energie- und Investition ein sehr flaches Gesamtkostenoptimum für eine Niedrigenergiehausbauweise (Wärmedämmung) mit einem resultierenden Jahresheizwärmebedarf von 30–40 kWh/m2 zeigt, wobei hier noch keine Wärmerückgewinnung aus der Abluft vorgesehen ist. UMES setzt genau an dem diesem Kostenminimum an und ersetzt die konventionelle Heizung durch eine Luftheizung mit Wärmerückgewinnung und Umluftanteil. Abb. 12

WSVO

NEH

Bau-, WärmeNiederschutzvero. energiehaus

Energiekennwert

[kWh/m2a]

u-Wert Wände Wärmedämmung

[W/m2K]

Top-NEH

PH

UMES

sehr gutes NEH

Passivhaus

UMES-Haus

100

60

30–40

15

20–40

ca. [cm]

0,5–0,4 5,0

0,3–0,2 10–15

0,15 20–25

0,10 30–40

ca. 0,15 23–25

u-Wert ges. Fenster [W/m2K] Scheiben [W/m2K]

1,9–1,8 1,5

1,5 1,1

1,3 0,9–1,1

0,8 0,5–0,7

1,0 0,7–0,9

/ / /

/ / /

0,3–0,5 / 20°/N

0,4 / 45°/J

0,5 0,5–1,5 55°/J

Lüftung-Frischluft Umluft Zul.-Temp/WRG

LW [m3/m3] LW m3/m3] [°C]

NULLENERGIEHÄUSER sind energieautark, das heißt sie funktionieren ohne zusätzliche Energiezufuhr. In der Praxis dienen sie in erster Linie als wissenschaftliche Versuchsobjekte für die Entwicklung von Solarkomponenten und Spezialsystemen und repräsentieren den jeweils letzten Stand der Technik. Für die Praxis des Architekten sind sie von untergeordneter Bedeutung, da ein ökonomischer Einsatz dieser Technik derzeit unmöglich ist.

1.4 Wärmeabgabesystem/ Heizflächen 1.4.1 Vorlauf, Rücklauf, Auslegungstemperatur



Abb. 13: Überblick über verschiedene Haustypen mit Energiekennzahlen Vorlauftemperatur

Heizsystems, das üblicherweise über die Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur charakterisiert wird. VORLAUFTEMPERATUR nennt man jene Temperatur, mit der das Heizwasser vom Kessel zu den Heizkörpern gepumpt wird. Nachdem das Wasser durch den Heizkörper geflossen ist und dabei Wärme an den Raum abgegeben hat, fließt es abgekühlt wieder zurück zum Heizkessel. Dieses rückfließende Wasser wird Rücklauf genannt, seine Temperatur ist die Rücklauftemperatur. Man unterscheidet zwischen Hochtemperaturheizsystemen (HT), sie haben eine Vorlauftemperatur zwischen 70 und 90 °C, Mitteltemperaturheizungen (MT), die mit TV = 50–70 °C arbeiten und Niedertemperatursystemen (NT) mit TV = 30–45 °C.

Die Wärmeabgabe durch Heizkörper oder allgemein durch warme Heizflächen an den Raum erfolgt durch Konvektion und durch Wärmestrahlung.

NIEDERTEMPERATURHEIZFLÄCHEN: Typische Vertreter dafür sind Fußboden-, Wand- und Deckenheizungen, also große Wärmeabgabeflächen mit geringer Oberflächentemperatur.

Je nach Temperatur, Oberflächengeometrie, Größe, Anordnung im Raum überwiegt entweder der Strahlungs- oder der Konvektionsanteil. Je heißer die Oberfläche eines Heizkörpers ist, umso mehr strahlt sie Wärme ab und umso mehr Leistung kann sie an den Raum abgeben – allerdings ist nur die sichtbare, dem Raum zugewandte Fläche strahlungswirksam. Die konvektive Wärmeabgabe ist weniger von der Heizkörpertemperatur als von seiner Geometrie (Kaminwirkung) abhängig. Abb. 14

MITTELTEMPERATURHEIZKÖRPER sind zum

Beispiel Plattenheizkörper oder Radiatoren, die am besten im Bereich von TV = 50–70 °C funk-

Niedertemperaturheizflächen Mitteltemperaturheizkörper Abb. 14: Unterschiedliche und zusammenspielende Wärmeabgabemechanismen von Heizkörpern. Die Strahlung wird fast ausschließlich von der raumzugewandten Fläche an das Zimmer abgegeben, während der konvektive Wärmeübergang an die Luft an allen Flächen stattfindet, die frei angeströmt werden. 

Die Betriebstemperatur von Heizflächen ist somit ein wesentliches Merkmal des gesamten

Wärmeabgabesystem/Heizflächen

17

tionieren. Je kühler die Vorlauftemperatur wird, umso größer müssen die Heizkörper ausgelegt werden, um noch die gleiche Wärmeleistung zu erzielen; daher sind Niedertemperaturradiatoren unverhältnismäßig groß und teuer. Hochtemperatur

Spreizung

HOCHTEMPERATUR, also bis zu 90 °C Vorlauftemperatur wird im Wohn- und Komfortbereich kaum mehr eingesetzt, da so heiße Flächen unangenehm strahlen, unangenehm nach verschweltem Staub riechen und man sich daran verbrennen kann. Im Industrie- und Gewerbesektor sowie bei Lüftungsanlagen sind TV = 90 °C aber durchaus üblich. SPREIZUNG: Wichtig ist dabei auch, wie stark sich das Wasser im Heizkörper im Auslegungsfall abkühlt, was man die Temperaturspreizung nennt. Ein Heizsystem wird daher sehr oft durch die Angabe von Vor- und Rücklauftemperatur in der Schreibweise TV/TR charakterisiert.

Eine Heizung, die also als 90/70-System bezeichnet wird, ist ein Hochtemperatursystem mit 90 °C Vorlauftemperatur und 70 °C Rücklauf. Im Mitteltemperaturbereich sind 75/65, 70/50 oder 60/50 üblich. Je kühler die Vorlauftemperatur wird – d. h. je näher sie der Raumtemperatur kommt, umso weniger kann sich das Heizmedium beim Durchfluss durch die Heizfläche abkühlen – die Spreizung wird geringer: Niedertemperatursysteme arbeiten daher beispielsweise bei 40/35. Achtung: Die Vorlauf- und Rücklauftemperatur hat nicht nur auf die Art der Heizflächen Auswirkung, sondern auch auf den Wärmeerzeuger. Wärmepumpen können z. B. maximal 45 °C Heizwasser wirtschaftlich erzeugen, so dass sie sinnvoll nur mit NT-Heizkörpern kombiniert werden können. Achtung: Die vom Wasser transportierte Wärmemenge (Q) ist abhängig von der Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf, also vom Delta-T (%T). Q = m x cP x %T [kJ/s = kW] Q..... Wärmemenge [kg/s] m..... Wassermenge [kJ/kg x K] cP..... spezifische Wärme cP = 4,2 %T..... Temperaturdifferenz, Spreizung [K = °C]

18

Heizung

Daher muss bei 40/35-Niedertemperatursystemen, also mit %T = 5K, bei gleicher thermischer Leistung viermal soviel Wasser umgewälzt werden wie bei einem 90/70 System mit %T = 20K; größere Wassermengen bedeuten größere Rohrquerschnitte, mehr Pumpenleistung, größere und teurere Armaturen usw. Dies ist einer der Hauptgründe, warum billige Installationen (Gewerbe, Sozialbau) meist Mittel- oder Hochtemperaturheizungen haben, während Objekte bei denen der Komfort und nicht die minimierte Investition im Vordergrund stehen, mit Niedertemperaturheizungen ausgerüstet sind.

1.4.2 Mitteltemperaturheizkörper Grundsätzlich lassen sich alle Mitteltemperaturheizflächen auch mit 90 °C betreiben. Hochtemperatur wird daher hier nicht gesondert behandelt. Plattenheizkörper stellen die heutzutage üblichste Form von Raumheizkörpern dar. Sie sind aus Stahlblech gefertigte Heizflächen geringer Tiefe, die frei vor der Wand verlegt und in beliebiger Anzahl übereinander oder nebeneinander angeordnet werden können. Abb. 15 Flachradiatoren bestehen aus profilierten Stahlblechen, die untereinander verschweißt sind und so waagrechte und senkrechte Kanäle bilden. Sie erfordern nur geringe oder gar keine Einbautiefe und sind sehr preisgünstig. Die Wärmeabgabe erfolgt an der Vorderseite durch Strahlung, an den übrigen Flächen durch Konvektion. Beim Konvektorplattenheizkörper erhöhen an der Rückseite angebrachte senkrechte Leitbleche (Lamellen) die Wärmeabgabe. Sie werden in einer oder mehreren Reihen ausgeführt. REGELUNGSVERHALTEN: Plattenheizkörper,

Radiatoren und Konvektorheizkörper zeigen ein gutes, d.h. rasches Regelverhalten. Durch den geringen Wasserinhalt in der Heizfläche und die geringe Speichermasse des metallischen Heizkörpers kühlen sie beim Abschalten rasch aus und die Heizleistung kann schnell und genau



Abb. 15: Beispiel für Plattenradiator. Ausführung als Platte, Flachradiator und Konvektorplattenheizkörper. Ein Grundkörper ermöglicht mehrere Bauformen.

den Raumbedürfnissen angepasst werden. Dies ist wichtig bei passiver Solarenergienutzung, da die Heizung schnell zurückregeln soll, sobald Sonnenenergie eingestrahlt wird. Ebenso wichtig ist rasches Regelverhalten, wenn schwankende Personenlasten (Wärmeabgabe von Personen) im Raum zu erwarten sind, wie zum Beispiel bei Schulen, Besprechungszimmern und ähnlichem. HEIZLEISTUNG: Als grober Anhaltswert für die Heizleistung kann für die in Abbildung 15 dargestellten Typen Flachradiator, Doppelplattenheizkörper und Dreifachkonvektor gelten, dass bei 70/50-Betrieb ein Heizkörper mit einer Baulänge von BL = 1 m und einer Bauhöhe von BH = 70 cm folgende Leistungen abgeben: BT44: 640 W, BT61: 880 W BT91: 1130 W

NACHTEILE: teilweise architektonischer Art, d. h. unschöne technische Einbauten unter den Fenstern. Ein physiologischer Nachteil ist die Staubaufwirbelung durch die konvektive Luftumwälzung, der Staub vom Boden wird mit der warmen Luft laufend in die Höhe transportiert. Der energietechnische Nachteil ist die relativ hohe Vorlauftemperatur, die gegen die Kombination mit Wärmepumpen, Brennwertkesseln und Solaranlagen spricht.

Konvektoren Diese Heizkörper bestehen aus lamellenbesetzten, verkleideten oder in einer Mauernische sitzenden Heizrohren aus Kupfer oder Stahl. Die an den Lamellen erwärmte Luft bewirkt eine starke vertikale Luftströmung, die innerhalb gewisser Grenzen mit der Schachttiefe ansteigt. Abb. 16

VORTEILE: Sehr preiswertes robustes Heiz-

system. Weitest verbreitete Anwendung, hoher Bekanntheitsgrad bei allen Professionisten und Planern, daher sind keine technischen Probleme zu erwarten.

Kanal-, Unterflur-, Gebläsekonvektor Unterflurkonvektoren eignen sich besonders zur Abschirmung großer bis an den Boden reichender Fensterflächen. Sie können zur Verstärkung



Abb. 16: Funktionsprinzip von Konvektoren

Wärmeabgabesystem/Heizflächen

19

der Luftströmung und damit der Wärmeleistung mit einem Ventilator ausgerüstet sein. Abb. 17

NACHTEILE: Nachteilig ist die schlechte Reinigungsmöglichkeit und die zusätzlichen Kosten für Verkleidungen und bei Bodenkonvektoren der relativ hohe Preis. Weiters Geräuschentwicklung bei Gebläse und Staubaufwirbelung.

Sonderbauformen Neben diesen Hauptformen gibt es eine Reihe von Designsonderbauarten, bei denen nicht die Funktionalität sondern die optische Erscheinungsform im Vordergrund steht. Abb. 18

1.4.3 Niedertemperaturheizflächen



Abb. 17: Unterflurkonvektor mit Ventilator 850 

Abb. 18: Cobratherm Raumwärmer und Handtuchhalter von Arbonia, Bagno Therm mit Schwenktrockner von Hoval, Crea Therm von Hoval

REGELVERHALTEN: flink, insbesondere bei

Gebläseunterstützung HEIZLEISTUNG: Stark abhängig von der Bau-

form. Bei Unterflurkonvektoren ist die Heizleistung gering, z. B. Kanalkonvektor KK2 gemäß Abbildung 17 mit freier Konvektion hat eine Heizleistung pro Laufmeter bei TV = 90 °C von 200 W/m. Mit Gebläseunterstützung sind je nach Gebläsestufe 200–1200 W/m möglich. VORTEILE: Ihre Vorteile liegen in der schnellen

Regelbarkeit, den geringen Abmessungen, Gewichten und Aufheizzeiten

20

Heizung

Flächenheizungssysteme wie Fußboden-, Wandund Deckenheizungen stellen als großflächige Strahlungsheizungen ein physiologisch gutes Heizsystem dar. Die gleichmäßige Heizleistungsverteilung und die niedrigen Oberflächentemperaturen sorgen für ein gleichbleibendes Temperaturprofil über die Raumgeometrie und Raumhöhe (siehe Abb. 6). Je größer die Abstrahlfläche ist, umso geringer kann die Vorlauftemperatur angesetzt werden. Niedrige Vorlauftemperaturen sind die Voraussetzung für den wirtschaftlichen Einsatz von Niedertemperaturtechnologien wie Wärmepumpen, Solarsystemen und Brennwertkessel. Großflächige Strahlungswärme sorgt zusätzlich dafür, dass die Lufttemperatur um ein bis zwei Grad niedriger gehalten werden kann als bei herkömmlichen Heizsystemen, was eine Reduktion der Energiekosten bis zu –15 % ausmachen kann. Bei Wand- und Deckenheizungen ist ein weiterer Vorteil, dass sie im Sommer auch zum Kühlen einsetzbar sind.

Fußbodenheizungen Sie bestehen aus Heizrohren, die im Estrich eingebettet sind und von Warmwasser mit einer Heizmitteltemperatur von 35–45 °C durchflossen werden. Die Wärmeabgabe erfolgt teils über Strahlung, teils durch Konvektion an den Raum, wobei die optimale Oberflächentemperatur im Winter bei 23–25 °C liegt. Die höchste zulässige Oberflächentemperatur bei der niedrigsten, der Wärmebedarfsberechnung zugrunde gelegten Außentemperatur, beträgt 29 °C (die Ausnahme bilden Randzonen bis max. 35 °C und selten benutzte Räume wie Bad und WC bis 32 °C).

sehenen Wärmedämmplatten verlegt, darüber wird der Estrich oder auch Trockenbauplatten (z. B. Holzspan- oder Glasfaserplatte) eingebracht. Nötige Estrichdicke über den Rohren, Überdeckung ca. 45 mm. Auf den Rohren aufgeklemmte Leitbleche aus Aluminium oder Stahlblech verbessern die Wärmeverteilung. Abb. 21 Grundsätzlich können alle gängigen Bodenbeläge verwendet werden, deren Wärmeleitwiderstand D = d/M nicht größer als 0,15 m2K/W ist, sie beeinflussen sowohl die Leistung wie auch die Regelverhalten des Heizsystems. d

M

D = d/M

[mm]

[W/mK]

[m2K/W]

6–17

0.08–0.05

0.08–0.34!

2,5

0.19

0.01

Parkett

8–22

0.20–0.25

0.04–0.09

Fliesen

13

1.05

0.01

Marmor

30

2.10

0.01

Bodenbelag

Die niedrige Oberflächentemperatur vermeidet einerseits Staubaufwirbelungen, anderseits wird durch das konstante Trockenhalten des Bodens die Milbenbildung verringert. Höhere Oberflächentemperaturen als die o. a. sind gesundheitlich bedenklich, da sie möglicherweise zu Venenleiden führen. Bei der Nassverlegung werden die Heizrohre je nach System direkt auf Trägerrosten, Noppenmatten, Baustahlgewebe, usw. im Estrich (Heizestrich gem. DIN 18365) verlegt und mit Rohrschellen, Rohrklips usw. gesichert. Als Rohrmaterial wird heute fast ausschließlich sauerstoffdichter Kunststoff (PE-X, vernetztes Polyethylen) verwendet. Minimale Heizestrichdicke ca. 60–70 mm. Abb. 19, 20 Bei der Trockenverlegung werden die Heizrohre auf vorgefertigten, mit Rillen oder Kanälen ver-

Teppich PVC

Kleber, Grundierung und Spachtelmasse müssen für FB-Heizungen geeignet sein. REGELVERHALTEN: Bei der Planung einer Fußbodenheizung ist darauf zu achten, dass Systeme, die einen dicken Estrich verwenden, in ihrem Regelverhalten sehr träge sind. Bei der Verwendung dünner Estrichstärken, bei Fließestrichen oder Trockenestrichaufbauten ist das Regelverhalten deutlich schneller und kommt dem von normalen Heizkörperheizungen ziemlich nahe. Ein wesentlicher Vorteil der Flächenheizung ist der sogenannte Selbstregeleffekt. Bei einer maximalen Oberflächentemperatur von

Abb. 20: Schnitt GOLV VARIO SP 

Abb. 19: Nassverlegung GOLV VARIO SP der Firma TA

Wärmeabgabesystem/Heizflächen

21



Abb. 21: Trockenverlegsystem Siccus der Firma Velta

z. B. 29 °C und einer gewünschten Raumlufttemperatur von 20 °C beträgt die Heizleistung 85 W/m2. Steigt die Raumlufttemperatur durch Fremdeinwirkung, wie z. B. Sonneneinstrahlung oder ähnliches auf z. B. 25 °C an, so reduziert sich die Wärmeabgabe des Fußbodens aufgrund der kleineren Differenz zwischen Raumlufttemperatur und Fußbodenheizungsoberfläche auf rund 40 Watt/m2. Andererseits steigt die Wärmeabgabe der Fläche, wenn z. B. nach einem Lüften des Raumes die Raumlufttemperatur auf 15 °C abgesunken ist, bedingt durch den Selbstregeleffekt, auf 125 W/m2 an. Dieser Selbstregeleffekt ist bei einer Fußbodenheizung wesentlich stärker ausgeprägt, als z. B. bei einem Niedertemperaturheizkörper, der mit einer Oberflächentemperatur von z. B. 50 °C betrieben wird. Hier ergibt sich bei gleichen Beispielen eine Veränderung des Wärmeabgabeeffektes von nur rund 15 %. Fußbodenheizungen eignen sich eher nur bedingt in Verbindung mit passiver Solarenergienutzung, wo es darauf ankommt, dass die Heizung sofort herunterregelt, sobald Sonnenenergie in den Raum eingestrahlt wird und in der Gebäudespeichermasse (Estrich) aufgenommen werden soll. HEIZLEISTUNG: Die Heizleistung ist durch die

maximale Oberflächentemperatur von To < 29 °C limitiert. Als grober Anhaltswert für die Heizleistung kann gelten, dass über den Fußboden etwa PH = 40–125 W/m2 eingebracht werden können (siehe obiges Beispiel). VORTEILE: Keine optisch störenden technischen

Einbauten im Raum. Gutes Raumtemperaturprofil. Technisch ausgereift. Robust und weitgehend unverletzbar. Die zusätzliche Reini-

22

Heizung

gung entfällt, da der Fußboden als Heizkörper im Gegensatz zu normalen Heizkörpern im Rahmen der normalen Haushaltspflege regelmäßig gereinigt wird. NACHTEILE: Träges Regelverhalten je nach Bauweise. Etwas teurer als Plattenheizkörper, gewisse physiologische Bedenken wegen Verursachung von Venenleiden. Niedrige Vorlauftemperaturen, daher gut für Alternativenergie geeignet, insbesondere Wärmepumpen und Solar.

Wand- und Deckenheizungen Dieser Heizungstyp ist im Aufbau der Fußbodenheizung sehr ähnlich. Man unterscheidet zwischen nassverlegten Systemen und Trockenbau-Klimaplatten. Sie sind von Warmwasser mit einer Heizmitteltemperatur von 30–40 °C durchflossen und die Wärmeabgabe erfolgt analog der Fußbodenheizung hauptsächlich durch Strahlung und etwas Konvektion an den Raum. Die Oberflächentemperatur sollte TOW ~40 °C bei Wänden bzw. TOD ~27°C bei Decken nicht überschreiten. TROCKENVERLEGUNG: Verlegeplatten mit inte-

grierten Rohrführungskanälen und Aluminiumwärmleitlamellen werden zwischen Lattungen an die Wand gedübelt. Die Abdeckung erfolgt meist mit Gipskartonplatten (auch mit Wandfließen im Mörtelbett). Die angebotenen Systeme bestehen aus den gleichen Komponenten wie die Fußbodenheizungssysteme für die Trockenverlegung. Ein neues Klimaplattensystem (Firma Solar Industries/Rehau) besteht aus Naturfasergipsplatten mit in eingefrästen Nuten eingelegten PE-Xa-Rohren. Die Module werden entweder auf eine Holz-Unterkonstruktion aufgeschraubt oder



Abb. 22: Wandheizungssystem Velta Siccus Wall für den Trockenausbau und Klimaplatten von Solar Industries/Rehau

mittels Ansetzbinder direkt an die Wand geklebt. Im Trockenausbau werden sie wie herkömmliche Gipskartonplatten verwendet. Abb. 22 REGELVERHALTEN: Wandheizungen weisen je nach Bauart ein träges oder flinkes Regelverhalten auf. Nassverlegte Systeme, bei denen die Rohre im Putz liegen und in direktem Kontakt mit dem dahinterliegenden Mauerwerk stehen, haben wegen der großen Speichermasse ein ähnlich träges Verhalten wie Fußbodenheizungen. Das Klimaplattensystem, bei dem die Rohre in nur 18 mm starken, von der Wand entkoppelten Naturfasergipsplatten eingebettet sind, ist im Unterschied dazu flink. Die Klimaplattenheizung eignet sich daher auch für Solarhäuser. HEIZLEISTUNG: Die Heizleistung ist durch die maximale Oberflächentemperatur von TO < 40 °C limitiert, dabei werden bis zu 200 W/m2 erreicht. Üblich im Komfortbereich ist eine Vorlauftemperatur von TV = 35 °C bzw. TO = 29 °C und PH = 85 W/m2. VORTEILE: Zur Erreichung einer thermischen

Behaglichkeit ist es möglich, die Raumlufttemperatur um den Wert niedriger zu fahren, der sich aus der Summe aller Oberflächentemperaturen der raumumschließenden Wände, die über der Raumlufttemperatur von 20 °C liegen, ergibt. Im konkreten Fall: Wenn die Summe aller Oberflächentemperaturen im Schnitt bei 22 °C liegt, wird bei einer Raumlufttemperatur von 18 °C die gleiche thermische Behaglichkeit empfunden, wie wenn die Summe der Umfassungsflächen 20 °C betragen würde und die Raumlufttemperatur ebenfalls 20 °C beträgt.

Ein klassisches Beispiel kennen wir aus Zeiten, als noch Einzelöfen zur Heizung verwendet wurden. Bei schlecht gedämmten Außenwänden und Fenstern (teilweise mit Eisblumen bedeckt), musste der Kachelofen in der Zimmerecke ordentlich etwas leisten und erst bei Raumlufttemperaturen von 24 °C und mehr wurden aufgrund der kalten Umschließungsflächen der Räume das Raumklima als behaglich empfunden. Auch physiologisch ist die Strahlungsheizung, d. h. kühle Luft und warme Raumumschließungsflächen zu empfehlen. Als weiterer Vorteil ist zu erwähnen, dass Wand und Deckenheizungen im Sommer auch zum Kühlen verwendet werden können. NACHTEILE: Die Rohrführung in der Wand und der Decke setzt intelligentes Nutzerverhalten voraus, z. B. was das Einschlagen von Nägeln betrifft. Wandheizungen eignen sich daher eher nicht für den großvolumigen sozialen Wohnbau. Auch sind sie von den Kosten her wesentlich teurer als konventionelle Plattenheizkörper und etwas teurer als Fußbodenheizungen. Wird der Kühlbetrieb in die Kostenrechnung einbezogen, so sind W&D-Heizungen wieder durchaus wirtschaftlich. Das System ist derzeit noch nicht generell am Markt verbreitet, daher kann es zu Problemen mit den ausführenden Firmen kommen.

Betonkernaktivierung Eine spezielle Variante der Fußboden- und Deckenheizung ist die Betonkernaktivierung. Darunter versteht man ein System, bei dem die Heizrohre direkt in die Rohdecke eingelegt werden. Ziel ist die Nutzung der Speicherkapazität der Betondecken zum Heizen und Kühlen, wobei die Einspeicherung von NiedertemperaturHeiz- bzw. Kühlenergie über das Transport-

Wärmeabgabesystem/Heizflächen

23

Bei guter Planung und in modernen Häusern mit geringem Wärmebedarf sind Luftheizungen möglicherweise das System der Zukunft. In der Folge werden sowohl die Standardlösungen für Gewerbe und Büro sowie die neueren Komfortsysteme für Wohnräume vorgestellt.



Abb. 23: Betonkernaktivierungssystem mit Modulen zur zeitgleichen Montage mit der bauseitigen Bewehrung

medium Wasser in betondeckenintegrierten Rohren oder konfektionierten Rohrregistern erfolgt. Die Verbindung von Rohbau- und Installationsgewerk ist problematisch, da es häufig zu Verletzungen der Rohre beim Verlegen in die Rohdecke (Betonrüttler) kommt. Abb. 23 REGELVERHALTEN: Extrem träge, da die



Abb. 24: Beispiel für Luftheizer und Torluftschleier. Luftheizgeräte können als reine Umluftheizer aber auch als Umluft/Frischluftgeräte ausgeführt werden. Als UML/AUL-Gerät kann damit auch die gesetzlich vorgeschriebene Frischluftmenge in Arbeitsstätten eingebracht werden – diese Doppelfunktion ist besonders ökonomisch (Autohaus Benda).

gesamte Masse der Rohdecke und teilweise des Fußbodenaufbaues als Verzögerungsglied wirken. Die rasche, einer schwankenden Last angepasste Regelung ist unmöglich. Dieses System eignet sich daher nur für Gebäude ohne passive Solarenergienutzung, ohne schwankende Personenbelegung und ohne variierende innere und äußere Lasten. HEIZLEISTUNG: Die Heizleistung ist durch die maximale Oberflächentemperatur für die Decke von TO< 27°C limitiert. Damit werden Heizleistungen von etwa PH = 35 W/m2 erzielt. VORTEILE: Sehr niedrige Vorlauftemperaturen sind möglich. NACHTEILE: Extrem träge, verletzungsanfällig im

Bau, keine Reparaturmöglichkeit

1.4.4 Luftheizung In Europa werden Luftheizungen hauptsächlich mit Bürogebäuden und Klimaanlagen oder mit Gewerbe und Industrie sowie mit geringem Komfort assoziiert. Im Unterschied dazu sind in Skandinavien und USA Luftheizungen in komfortablen Einfamilienhäusern eher die Regel und für moderne Niedrigenergie-, Passiv- und UMES-Häuser, in denen kontrollierte Wohnraumbelüftung nötig ist, drängt sich die Kombination von Heizen, (Kühlen) und Lüften geradezu auf.

24

Luftheizer, Torluftschleier LUFTHEIZER: Für Industrie- und Gewerbehallen, große Geschäfte, also Objekte, bei denen nicht der Komfort, sondern kostengünstige Errichtung, leichte Wartung und billiger Betrieb im Vordergrund stehen, haben sich Luftheizgeräte bewährt. Sie bestehen in ihrer einfachsten Ausführungsform aus einem Heizregister, das ist ein Warmwasser/LuftWärmetauscher, einem Gebläse und einer einfachen Regelung, alles in einem Blechgehäuse integriert. Abb. 24

Heizung

Da die Wärmeleistung meist im Vordergrund steht, werden hohe Luftmengen, d. h. hohe Luftgeschwindigkeiten (Zugluft, Ventilatorgeräusch, Staubaufwirbelung) und hohe Lufttemperaturen (Hochtemperaturvorlauf, Staubverschwelung) in Kauf genommen. LUFTSCHLEIER: Um das Einströmen von Kaltluft bei Türen und Toren, die laufend geöffnet werden, zu vermeiden, wie zum Beispiel in Kaufhäusern, Autowerkstätten, Lagerhäusern und ähnlichen Objekten, verwendet man Torluftschleieranlagen. Warme Luft wird oberhalb und manchmal seitlich der Öffnung mit großer Geschwindigkeit eingeblasen und direkt unterhalb am Boden wieder abgesaugt. Der starke vorhangartige Luftstrom verhindert groß-



teils das Eindringen der kalten Außenluft und wenn dennoch Außenluft eintritt, so vermischt sie sich mit der warmen Umluft, wodurch unangenehme, kalte Zugluft weitgehend verhindert werden kann. ACHTUNG: Luftschleieranlagen sind keine Maßnahme zum Energiesparen, wie oft behauptet wird; es werden sehr hohe thermische Leistungen benötigt, die Warmluft wird großteils ins Freie geblasen und das dauernde Laufen des Ventilators verbraucht auch entsprechend viel Strom. Torluftschleier sollten daher nur dort eingesetzt werden, wo sie aus Gründen der Funktionalität nicht vermeidbar sind. ACHTUNG: Für das Absaugen der großen Luftmengen am Fußboden unter dem Luftschleier sind entsprechende Kanäle und Durchbrüche im Fußboden vorzusehen. Ebenso darf der Platzbedarf für die wieder nach oben führenden Luftleitungen seitlich und das Gerät oberhalb nicht unterschätzt werden. HEIZ/KÜHL-LEISTUNG: Die spezifische

Wärme/Kälteleistung bezogen auf die Größe des installierten Geräts ist sehr hoch, Daten etwa analog Fancoils, siehe später.

NACHTEILE: Geräuschentwicklung durch das Gebläse, meist große Luftgeschwindigkeiten, dadurch oft Zugerscheinungen. Unschön.

Fancoils In Bürogebäuden stellen Fancoils vermutlich die weitest verbreitete Form der Heizung dar, da sie nicht nur heizen sondern auch kühlen und lüften können. Ein Fancoil, oder Gebläseheizkörper, besteht aus einem Luft/WasserWärmetauscher (Heizregister) und einem Gebläse, das die Raumluft meist im Fußbodenbereich über ein Filter ansaugt, durch das Register führt und nach oben aufgewärmt wieder ausbläst. Fancoils werden meist vor dem Parapett unter dem Fenster montiert oder als Zwischendeckenfancoil in eine abgehängte Decke integriert. Im Kühlfall wird durch das Register im Gerät kaltes Wasser geleitet und die Luft dabei abgekühlt und entfeuchtet. ACHTUNG: Soll mit dem Fancoil auch gekühlt werden, so muss für das anfallende Kondenswasser eine Abwasserleitung vorgesehen werden! Abb. 25 HEIZ/KÜHL-LEISTUNG: Die spezifische

VORTEILE: Sehr preisgünstige Variante zum

Wärme/Kälteleistung bezogen auf die Größe des installierten Geräts ist sehr hoch – wesentlich höher als bei allen anderen Formen der Heizkörper. Als Beispiel ein KSC-Gerät mit L x T x H = 760 x 200 x 480 mm hat eine Kühlleistung von PKÜHL = 1,6 kW und eine Heizleistung von PHEIZ = 3,4 kW.

Heizen. Luftheizer sind die übliche Ausrüstung in Gewerbehallen und großen Supermärkten, daher sind sie Standardbauteile aus der Großserie. Planung, Montage und Wartung sind Standardarbeiten für Haustechnikfirmen. UML/AUL-Geräte können auch lüften.

REGELVERHALTEN: Sehr flink; durch die hohe installierte Leistung ist auch die schnelle Veränderung der Raumtemperatur möglich sowohl beim Heizen als auch im Kühlfall.

REGELVERHALTEN: Sehr flink; durch die hohe installierte Leistung ist auch die schnelle Veränderung der Raumtemperatur möglich .

Abb. 25: Beispiel für Fancoil. Standgerät mit abgenommenem Gehäuse (links). Sichtbar sind die beiden Walzenventilatoren und die beiden Heiz/Kühlregister. Bei diesem Gerät wird die Luft schräg nach vorne über das Lüftungsgitter im Gehäuse ausgeblasen. Auf der rechten Seite das Regelventil zur Anpassung der Wärmeleistung

Wärmeabgabesystem/Heizflächen

25

VORTEILE: Sehr preisgünstige Variante zum

REGELVERHALTEN: Flink wie alle Luftheizungen,

Heizen und Kühlen. Fancoils sind die übliche Ausrüstung in Büros, daher sind sie Standardbauteile aus der Großserie und Planung, Montage sowie Wartung sind Standardarbeiten für Haustechnikfirmen. NACHTEILE: Geräuschentwicklung durch das Gebläse beim Heizen und Kühlen, meist große Luftgeschwindigkeiten, dadurch oft Zugerscheinungen.

allerdings beschränkt durch die geringe Heizleistung und geringe Luftmenge.

Passivhaus-Luftheizung Wird der Wärmebedarf eines Hauses auf unter 15 kWh/m2a reduziert, was bedeutet, dass die Außenwände einen Wärmeschutz von u~0,1 W/m2K, die Fenster mit Rahmen einen Gesamtwert von u~0,8 W/m2K aufweisen müssen und das gesamte Objekt absolut luftdicht ist, so reicht es aus, den erforderlichen Mindestfrischluftwechsel von LW = 0,4 m3/m3 als Heizluft zu verwenden. Für solche Anwendungsfälle haben sich Heizlüftungsgeräte mit Gegenstromwärmetauscher und eingebauter Luft/Luft-Wärmepumpe bewährt – sie benötigen daher keinen Anschluss an einen Wärmeversorger (Heizkessel etc.). Im Gerät wird zuerst die frische eingesaugte Außenluft im Gegenstromwärmetauscher durch die aus dem Raum abgesaugte Fortluft aufgewärmt. Danach entzieht die Wärmepumpe der bereits teilweise abgekühlten Fortluft noch die restliche Wärme und führt sie der Zuluft zu (siehe auch Kapitel Lüftung). Abb. 26 

HEIZLEISTUNG: Die Heizleistung ist durch die

maximale Zulufttemperatur von TZUL < 45 °C und durch die geringe Luftmenge von LW = 0,4 limitiert (Definitionen für Passivhaus und weil die Luft sonst im Winter zu trocken wird). VORTEILE: Kombination von Lüftung und Heizung, dadurch relativ kostengünstig. NACHTEILE: Die geringe Heizleistung macht extreme Wärmedämmung erforderlich, so dass das Gesamtobjekt nicht unwesentlich teurer wird als konventionelle Gebäude.

UMES-Luftheizung Passivhäuser sind hauptsächlich deshalb so teuer, weil sie extreme Wärmedämmung und eine völlig luftdichte Gebäudehülle erfordern. Einen Kompromiss stellt das UMES-Haus dar, das zwar sehr gute, aber nicht extreme Wärmedämmung erfordert und den im Vergleich zum Passivhaus etwas höheren Wärmebedarf durch mehr und wärmere Heizluft ausgleicht. Es sind Zuluft/Umlufttemperaturen bis 55 °C möglich und zusätzlich zum Frischluftwechsel von LW = 0,2–0,4 noch ein Umluftanteil von etwa LW = 1,0 m3/m3, der im extremen Winter für ausreichende Wärmeversorgung der Räume sorgt. Das Heiz/Lüftungsgerät wird bevorzugter Weise als Kompaktgerät im WC installiert. Frischluft und Abluftleitungen liegen im Sanitärschacht hinter dem WC. Die vom Gerät in die Wohnzimmer führenden Zuluftleitungen (DN125Flexkanäle) laufen an der Decke durch das Vorzimmer und münden in die Zimmer oberhalb der Türe, wo kleine Weitwurfdüsen situiert sind. Bei geeigneter Planung der Zimmeranordnung sind, abgesehen von den Verteilleitungen in WC, Bad und Vorzimmer keinerlei Luftleitungen in den Zimmern nötig. Im Vorzimmer, Bad und WC sind die Lüftungskanäle von einer abgehängten Decke verdeckt.

Abb. 26: Passivhausluftheizgerät mit Gegenstromwärmetauscher und integrierter Luft/Luft-Wärmepumpe. Beispiel AIREX WP160. 600 x 600 x 1430 mm, 160 m3/h, 1,6 kW Heizleistung, 50 °C Zulufttemperatur

ACHTUNG: Vom Verlegen der Luftleitungen in den Boden oder in die Rohdecke wird aus mehreren Gründen abgeraten:

26

Heizung



Abb. 27: Heiz-Lüftungsgerät mit Frischluft/Umluftfunktion, entwickelt für das Projekt City X.6. Quelle: Fa. REWA

■

Diese Leitungen können nicht gereinigt werden. ■ Sind die Leitungen direkt im Beton verlegt, so wird ein Großteil der Wärme an den Boden abgegeben bevor die Luft im Zimmer austritt; das Heizsystem wird träge ■ Es können nur relativ dünne Rohre verlegt werden; dies ergibt hohe Strömungsgeschwindigkeiten, woraus Strömungsgeräusche (Rauschen) sowie höhere Druckverluste (größere Ventilatorleistungen) resultieren. FUNKTIONSWEISE: Die Außenluft wird vom Gerät aus der Luftleitung im Schacht über ein Filter angesaugt. Im Gegenstromwärmetauscher wird sie durch die warme Abluft erwärmt, wobei bis zu 85 % der Wärme rückgewonnen wird. Anschließend wird die Luft im Heizregister auf die nötige Zulufttemperatur (20–55 °C) erwärmt und über die oben beschriebenen Luftleitungen in die Wohn- und Schlafräume eingeblasen. Im Raum gibt die Luft die Wärme ab (Heizfunktion), strömt abgekühlt und „verbraucht“ über die Türritzen aus den Wohnräumen in den Flur und von dort in die Sanitärräume, wo sie vom Luftheizgerät über den Wärmetauscher wieder abgesaugt wird.

Dieser Frischluft/Abluft-Betrieb dient einerseits zur Bereitstellung des mindest nötigen Frischluftwechsels von LW = 0,2–0,4, also zum Abtransport der Übschussfeuchte und schlechten

Luft und andererseits zum Heizen. Reicht diese geringe Luftmenge im Heizbetrieb nicht aus, so kann zusätzlich Umluft in der Wohnung umgewälzt und so bis zu 3 kW Wärme eingebracht werden. Abb. 27 Wohnungsgröße

A = 70 m2 im Durchschnitt

Wohnungsvolumen V = 70 x 2,5 = 175 m3 Außenluftvolumen

V = 170 m3/h

AUL-Luftwechsel

LW = ca 1,0

Umluftbetrieb

LW = ca 1,7

Lüftungsgerät:

Rewa GSBDU 50-25, 170–300 m3/h, Ventilatormotoren 24VDC

Fußboden-Luftheizung HYPOKAUSTEN, d. h. die antike Raumheizung, bei der von einem zentralen Heizraum Heißluft durch Hohlräume unter den Fußboden und durch Tonröhren in die Wände geleitet wurde, waren im ganzen römischen Bereich verbreitet und bei uns im Mittelalter in Klöstern und Burgen zu finden. In modernen Gebäuden sind Hypokaustenheizungen, die alleine auf diesem Effekt beruhen, sehr individuelle Lösungen, die einen hohen Planungsaufwand und große Erfahrung bei der Dimensionierung erfordern; sie sind, soweit bekannt ist, nur in Einfamilienhäusern realisiert. Eine individuelle Regelung einzelner Zimmer ist problematisch.

Wärmeabgabesystem/Heizflächen

27



Abb. 28: Luftführender „aufgeblasener“ Doppelboden mit Nachkonditionierung der Luft über Fancoils, entwickelt für das Projekt Wimbergergasse (Bauträger Kallco)

LUFTBODEN: Eine technisch besser beherrschbare Variante sind luftführende Doppelböden, in Kombination mit Fancoils oder Unterflurkonvektoren. Die erwärmte oder gekühlte Luft wird dabei zentral in den Doppelboden eingeblasen, verteilt sich gleichmäßig durch den Hohlraumboden in alle Räume und strömt dort über Bodenluftauslässe im Fensterbereich aus. Entweder ist der Luftauslass direkt als Unterflurkonvektor ausgebildet, oder über dem Luftauslass sitzt ein Fancoil bzw. ein Heizkörper, der die austretende Luft zusätzlich noch nachtemperiert. Es wird somit ein doppelter Klimatisierungseffekt erzielt. Zum ersten wird der Fußboden erwärmt und fungiert damit als Hypokauste und im Anschluss daran ist eine dezentrale Nachbehandlung für Heizen und Kühlen möglich.

ACHTUNG: Wichtig ist es, die Rohdecke unterhalb des Doppelbodens mit einer guten Wärmedämmung zu versehen, damit nicht die Luft ihre Wärme an den Beton abgibt bevor sie zum Luftauslass im Raum gelangt. Abb. 28 REGELVERHALTEN: Hybrides Regelverhalten,

träg und flink je nach Betriebsweise. Die Luft 

Abb. 29: Gegenüberstellung der verschiedenen Wärmeabgabesysteme

28

Heizung

strömt an der Gebäudemasse (Ständerboden) entlang, dabei wird diese erwärmt und agiert als Wärmespeicher. Damit wird das Regelverhalten je nach Ausbildungsform relativ träge. Die Kombination mit nachgeschalteten Fancoils oder Konvektoren in den Räumen ermöglicht aber zusätzlich individuelle raumweise Regelung und ergibt hohe Reaktionsgeschwindigkeiten. HEIZLEISTUNG: Für Doppelboden/Hypokauste

alleine schwer zu verallgemeinern, da es sehr auf die baulichen Gegebenheiten ankommt; in Kombination mit dem Plattenheizkörper, Konvektor oder Fancoil als Nachheizregister ist die Leistung aber fast beliebig groß. VORTEILE: Die spezielle Kombination aus

Luftheizung, Kühlung, Lüftung und Wandbzw. Bodenheizung kann physiologisch gute Bedingungen schaffen und preislich attraktiv sein. NACHTEILE: Keine Standardlösung, muss auf jeden Anwendungsfall individuell ausgerichtet werden. Probleme bei der baulichen Umsetzung sind zu erwarten. Die größere Bauhöhe des Doppelbodens ist zu berücksichtigen.

1.4.5 Zusammenfassung Abb. 29

1.5 Wärmeverteilung/ Hydraulisches System 1.5.1 Zentrale/dezentrale Wärmeerzeugung EINZELHEIZUNGEN: Bei Einzelheizungen befindet sich nicht nur die Wärmeabgabe sondern auch die Wärmeerzeugung in den zu beheizenden Räumen. Einzelofenheizungen werden hier nicht behandelt. ETAGENHEIZUNG: Die Wärmeerzeugung erfolgt durch einen Kleinkessel, bevorzugt Kombitherme (Gasumlaufheizer) mit gleichzeitiger Warmwasserbereitung, der in Küche, Vorzimmer, Bad oder WC angebracht ist und unter Zwischenschaltung des Wärmeträgers Wasser den Wärmeabgabevorrichtungen in den einzelnen Räumen Wärme zuführt. ZENTRALE GEBÄUDEHEIZUNG/FERNWÄRME:

Das Prinzip einer Zentralheizung besteht darin, dass mit einem zentralen Wärmeerzeuger (Heizraum) unter Zwischenschaltung eines Wärmeträgers (Wasser, Dampf oder Luft) den Wärmeabgabevorrichtungen in den einzelnen Wohnungen oder Betriebseinheiten Wärme zugeführt wird.

Im folgenden Kapitel werden ausschließlich Warmwassertransportsysteme behandelt.



Abb. 30: Einzelheizung, Zentral- und Etagenheizung, Fernwärme

Die „Hydraulik“ ist das Zusammenspiel zwischen Wärmeerzeuger, Verteiler und den angeschlossenen Heizkreisen (Wärmeverbrauchern). Abb. 31

WÄRMEVERTEILUNG: Das hydraulische System,

also die Rohrleitungen mit Umwälzpumpen, Regelventilen und anderen Bauteilen, stellt das Verbindungsglied zwischen Wärmeerzeuger und Wärmeabgabesystem dar. Abb. 31 WÄRMETRÄGERMEDIUM: Im Regelfall dient als Wärmeträgermedium warmes Wasser; früher wurde auch Dampf und Öl benützt, das ist aber heute nur noch in Industriebetrieben im Einsatz. Luft als Wärmeträger zwischen einer zentralen Aufbereitungsanlage und den zu beheizenden Räumen wird bei Klimaanlagen verwendet, hat aber entscheidende Nachteile, da der spezifische Wärmeinhalt von Luft wesentlich geringer ist als jener von Wasser und deshalb große Luftmengen umgewälzt werden müssen: 1 m3 Luft kann ungefähr gleichviel Wärme transportieren wie 1 Liter Wasser!



1.5.2 Hydraulik – Grundlagen Die hier im ersten Teil vorgestellten Schaltschemata sind nur ganz einfache Simplifizierungen, welche nur die wesentlichsten Elemente enthalten.

Abb. 31: Der Verteiler als Bindeglied zwischen der Wärmeerzeugung und mehreren Wärmeverbrauchern

WÄRMEERZEUGUNG UND VERTEILUNG: Bei einem einfachen hydraulischen System wird das Heizwasser vom Wärmeerzeuger im Haustechnikraum beispielsweise auf 90 °C erwärmt und gelangt in den Vorlaufverteiler. An diesen Verteiler sind die Verbraucher, im wesentlichen

Wärmeverteilung/Hydraulisches System

29



Abb. 32: Strangschema eines Warmwasserpumpenheizsystems. Vom Kessel gelangt das warme Heizwasser (Vorlauf) in den Verteiler, von dem aus die verschiedenen Wärmeabnehmer das Heizmedium beziehen. Die Trinkwarmwasserbereitung erfolgt meist über einen ungeregelten Heizkreis, die Radiatoren und Fußbodenheizungen werden durch Beimischen von kühlem Rücklaufwasser auf die entsprechende Vorlauftemperatur eingestellt.

die Trinkwarmwasserbereitung, Radiatorheizkreise und Fußbodenheizkreise angeschlossen, die über die Versorgungsleitungen in den Schächten vertikal versorgt werden.

richtige Temperatur eingestellt. Die Wassermenge, die im Heizkreis zirkuliert ist dabei weitgehend konstant und kaum von der Stellung des Dreiwegventils abhängig.

VERTEILER: Die Verteilung der Energie zu den

NT-HEIZKREIS: Sind im Gebäude zusätzlich Niedertemperaturheizflächen, z. B. Fußboden-, Wand- oder Deckenheizungen installiert, so ist ein zusätzlicher Mischkreis für z. B. 35/30 °C vorzusehen. Die Funktionsweise ist analog jener des Radiatorkreises.

Wärmeverbrauchern, also die Aufteilung des Heizwassers in die einzelnen Verbraucherkreise, geschieht im Heizraum am sogenannten Verteiler. Abb. 32 TRINKWARMWASSERBEREITUNG: Aus dem

Verteiler entnimmt die Pumpe im Boilerladekreis das Heizwasser und zirkuliert es durch den Wärmetauscher im Trinkwasserboiler. Das Trinkwasser wird dabei erwärmt, das Heizmedium kühlt sich ab, gelangt in den Rücklaufverteiler und von dort wieder in den Wärmeerzeuger, wo es aufgeheizt und wieder in den Vorlauf eingespeist wird. Die Brauchwarmwasserbereitung erfolgt fast immer mit der vollen Vorlauftemperatur, das heißt, dass das Heizwasser direkt aus dem Wärmeerzeuger kommt. HT/MT-HEIZKREIS: Meist sind Radiatoren auf

60/50 (TVR = 60 °C und TRR = 50 °C, IndexR für Radiatorkreis) ausgelegt; deshalb muss die Vorlauftemperatur TV = 90 °C für diesen Heizkreis zuerst durch Mischen mit dem Rücklauf TRR = 50 °C auf TVR = 60 °C reduziert werden, bevor das Heizwasser den Radiatoren zugeleitet werden kann. Zu diesem Zweck ist vor der Pumpe ein Dreiwegventil und eine Kurzschlussbzw. Beimischleitung zwischen Vorlauf und Rücklauf installiert. Je nach Ventilstellung wird unterschiedlich viel kühles Rücklaufwasser dem zu heißen Vorlauf beigemischt und damit die

30

Heizung

SICHERHEITSEINRICHTUNGEN: Da sich Wasser

beim Erwärmen ausdehnt und der gesamte Heizkreis unter Druck steht, müssen ein Sicherheitsventil und ein Ausdehnungsgefäß vorgesehen werden, um unzulässige Drücke und eventuell sogar Bersten der Rohre sicher zu vermeiden. Da aus dem Sicherheitsventil zeitweise Wasser austritt, muss das SiV einen Abwasseranschluss haben. HYDRAULISCHER ABGLEICH: Jeder Wärme-

verbrauchskreis muss die seiner Wärmeleistung entsprechende Heizwassermenge erhalten. Zu diesem Zweck ist in jeden Kreis ein Strangregulierventil (SRV) eingebaut. Die Wassermenge wird dabei durch Abgleich des hydraulischen Widerstandes eingestellt. Ohne Strangregulierung würden sich weitgehend unkontrollierte Strömungen einstellen: vermutlich hätte der Warmwasserbereitungskreis mit seiner kurzen Heizschlange im Boiler einen geringeren Durchflusswiderstand für das Heizwasser als die langen Rohrschlangen des Fußbodenheizkreises im Boden. Das Wasser würde den Weg des geringsten Widerstandes wählen, somit haupt-

sächlich durch den Boilerladekreis fließen und der Fußbodenheizkreis erhielte nicht genug Heizwasser = Heizwärme. Darum wird in jeden Verbraucherkreis ein zusätzlicher hydraulischer Widerstand in Form einen Strangregulierventils eingebaut, das so eingestellt ist, dass jeder Kreis mit der richtigen Wassermenge versorgt wird.

1.5.3 Hydraulik – Details Wie das hydraulische System aufgebaut wird, hängt vom Wärmeerzeuger und von den Wärmeverbrauchern ab:

bewirkt dies entweder eine Durchflussänderung bei konstanter Vorlauftemperatur (Durchflussregelung), oder eine Vorlauftemperaturänderung bei konstantem Durchfluss (Mischregelung). Verteilertypen Ein Verteiler funktioniert immer als Bindeglied zwischen der Wärmeerzeugung und mehreren Wärmeverbrauchern. Es sind nicht nur die gewünschten Druckverhältnisse für die Verbraucherregelung, sondern auch die unterschiedlichen Forderungen der Wärmeerzeuger bezüglich Vor- und Rücklauftemperatur zu beachten. Um den Anforderungen beider Seiten Genüge zu tun, benötigt man üblicherweise unterschiedliche Verteilertypen.

Regelungstypen Die Wärmemenge, die dem Verbraucher zugeführt wird, kann entweder durch die Temperatur des Heizmediums oder über dessen Durchflussmenge geregelt werden. Dazu kommen die Durchfluss- oder Mischerregelung in Frage. Abb. 33 Zur Durchflussregelung eignen sich: - die Drosselschaltung - die Verteilschaltung

Der Drucklos-Verteiler durch Pufferspeicher mit Primär- und Sekundärkreis eignet sich aber für alle Anwendungen: alle Kessel, mehrere Wärmeerzeuger, alle Verbrauchertypen. (Abb. 34) Der Kessel lädt über einen eigenen Kreis mit eigener Pumpe den Pufferspeicher, die Verbraucher entnehmen über den Verteiler aus diesem Speicher.

Zur Mischregelung eignen sich: - die Beimischschaltung - die Einspritzschaltung

Die Verwendung eines Pufferspeichers hat auch für den Wärmeerzeuger Vorteile: es kommt zu längeren Laufzeiten und weniger Takten, das schont den Brenner und verbessert den Wirkungsgrad.

Die Entscheidung für den Regelungstyp wird aufgrund der Druckverhältnisse in den angeschlossenen Verbraucherkreisen getroffen. Die hydraulische Schaltung des Verbraucheranschlusses muss eine stufenlose Änderung der Wärmezufuhr zum Verbraucher von 0 –100 % ermöglichen. Im Verbraucher

Wird der Puffer sehr klein ausgebildet, so dass er keine echte Speicherfunktion mehr erfüllt, so spricht man von einer hydraulischen Weiche, die nur zur Entkoppelung von Primär- und Sekundärseite dient. Abb. 34 

Abb. 33: Arten der Wärmeverbraucherregelung: Bild oben: Durchflussregelung Bild unten: Mischregelung

Wärmeverteilung/Hydraulisches System

31



Abb. 34: Verteiler (Typ5) mit Pufferspeicher bzw. hydraulischer Weiche. Kesselkreis als Primärkreis, Sekundärkreis für Verbraucher. Einbinden mehrerer Wärmeerzeuger über den Pufferspeicher ist möglich.

1.5.4 Sonderlösungen UMES-Trinkwarmwasserheizsystem Konventionelle Installationen benötigen fast immer pro Schacht 5 wasserführende Leitungen: Die Trinkwarmwasserversorgung mit der Steigleitung und Zirkulationsleitung, die Heizwasserversorgung mit Vorlauf und Rücklauf und das Kaltwasser als fünfte Leitung wird bei allen Systemen benötigt. Abb. 35 Ist eine Solaranlage vorgesehen, so ist im Schacht zusätzlich Platz für die Solarleitungen einzuplanen. Insgesamt laufen in der Regel 6 + 1 Leitungen zwischen UG und OG/Dach, für die ausreichend Platz in den Schächten vorzusehen ist. (Schachtdimensionierung siehe Planungsteil bzw. Sanitärkapitel) Abb. 35 

Abb. 35: Beispiel eines Wärmeversorgungsschemas für ein Gebäude mit zentraler Wärmeversorgung und zentraler, solarunterstützter Warmwasserbereitung

32

Heizung

Das UMES-Trinkwasser-Energiesystem reduziert dieses 4 + 1 Rohrbündel auf insgesamt nur 2 + 1 Rohre für die gesamte Kalt- und Warmwasserversorgung und Heizenergieverteilung. Abb. 36 In speziellen Fällen kann auch noch die Solaranlage direkt eingebunden werden, dann reduziert sich das 6 + 1-Rohrsystem auf 2 + 1. Dies kann sich nicht unwesentlich auf die Investitionskosten auswirken. Abb. 36 ACHTUNG: Der Einsatz von Trinkwasser zum Heizen ist nur in Kombination mit einer Luftheizung mit einem kleinen zentralen Wärmetauscher möglich. Radiatoren oder Fußbodenheizungen an das Trinkwarmwasser anzuschließen, ist technisch und rechtlich unmöglich.



Abb. 36: Das Trinkwasser-Energiesystem verwendet das Trinkwarmwasser als Transportmedium für die Heizenergie. Da sich die gesamte Heizung pro Wohnung auf ein kleines Heizregister in der Lüftungsanlage beschränkt, bietet sich die Trinkwarmwasserversorgung mit der Zirkulationsleitung fast zwingend als Heizenergielieferant an.

ACHTUNG: Wird das Trinkwarmwasser auch als Heizmedium verwendet, so ist das gesamte System mit trinkwassertauglichen und für Trinkwasser zugelassenen Bauteilen (Rohre, Armaturen) auszuführen. ACHTUNG: Die Bildung von Legionellen muss unbedingt unterbunden werden: Die Leitung zum Wärmetauscher darf nur ganz kurz sein.

FUNKTIONSWEISE: Die UMES-Intervallmodulationsregelung ist im Prinzip nichts anderes als eine intelligente Ein/Aus-Regelung der Umwälzpumpe: Die Heizleistung eines Heizkreises wird durch das Takten der Pumpe bestimmt. Abb. 37, rechts

Nähere Details siehe Kapitel Heizung 3.5, Autohaus Benda

UMES-Intervallmodulationsregelung („Stotterschaltung“) Niedrigenergiesysteme benötigen wegen der oft geringen Vorlauftemperatur und geringen Spreizung (z. B. Wandheizungen mit Solarenergie) oft große Wassermengen. Diese werden bei konventionellen Systemen dauernd umgewälzt und führen zu erheblichem Energieverbrauch der Pumpen. Abb. 37, links 

Abb. 37: Vergleich des hydraulischen Schemas von Beimischregelung und Intervallmodulationsregelung. Das Motorventil, die Verbindungsleitung mit Formstücken und der Temperaturfühler mit Tauchhülse entfallen. Die Leistungsregelung erfolgt durch Taktbetrieb der Pumpe.

Wärmeverteilung/Hydraulisches System

33

Abb. 38: Symbole für die Darstellung von heiztechnischen Systemen 

1.5.5 Schematische Darstellung, Symbole Die folgenden graphischen Symbole für die Darstellung eines Hydraulikschemas sind in ÖN B 8134 festgelegt:

1.6 Energieträger/ Wärmeerzeuger 1.6.1 Elektrischer Strom Elektrizität stellt den hochwertigsten Energieträger dar, dessen Nutzung für Heizzwecke allerdings aufgrund der hohen Strompreise und aus Gründen des Umweltschutzes nur von untergeordneter Bedeutung ist. Die Problematik des Umweltschutzes bei der Verwendung von Strom zur direkten Raumbeheizung (Widerstandsheizung) ergibt sich durch die Umwandlungsprozesse, die zur Stromerzeugung notwendig sind und zu einem insgesamt schlechten Gesamtwirkungsgrad führen: Primärenergie3 Verbrennung 3Wärme 3Dampf3Generator3Strom 3Transport3Widerstandsheizung3 Wärme

Der Wirkungsgrad dieser Umwandlungskette beträgt mit den Verlusten in der Verteilung (Überlandleitungen) bestenfalls 35 %, was bedeutet, dass 65 % der eingesetzten Primär-

34

Heizung

energie (Öl, Gas, Kohle) verloren gehen, bevor der Strom beim Verbraucher wieder in Wärme umgewandelt wird. Würde die Primärenergie (Öl, Gas) gleich beim Verbraucher direkt in Wärme umgewandelt werden, so läge der Wirkungsgrad bei ca. 90 %. Primärenergie 3Verbrennung 3 Wärme

Stromheizungen sind daher nicht nur teuer, sondern vor allem unökologisch. Für die Dimensionierung und Auslegung der elektrischen Versorgung siehe Kapitel Elektrotechnik in diesem Buch.



Abb. 39: Fernwärmeumformer für eine Leistung bis ca. 200 kW in einem Schrank mit H x B x T = 1650 x 1200 x 700 mm

1.6.2 Fernwärme

1.6.3 Fossile Brennstoffe

Wärmeerzeugung Die Erwärmung des Wassers erfolgt unter Einsatz der Primärenergien Kohle, Gas, Müll, Öl und Biobrennstoffen an zentraler Stelle (z. B. Heizwerk, Heizkraftwerk) und wird in Rohrleitungsnetzen, vorwiegend als Heißwasser aber auch als Dampf, den Verbrauchern zugeführt. Fernwärme ist meist eine sehr ökologische Energiequelle, da vorwiegend Abwärme oder Abfallbrennstoffe (Müll) verwendet werden.

Gas, Öl, Kohle, Überlasteter CO2-Haushalt Auch heute noch wird die meiste Energie (90 % des Weltenergieverbrauchs) aus der Verbrennung fossiler Energieträger erzeugt. Erdöl und Erdgas sind über mehrere Millionen Jahre aus abgelagertem Plankton entstanden. Die toten pflanzlichen und tierischen Kleinstlebewesen wurden von Sedimenten überlagert und unter großem Druck und Hitze entstand Erdgas und Erdöl. Abb. 40

Wärmeübergabe Von den in der Straße verlegten Fernwärmerohren (Vorlauf/Rücklauf) wird in jedes angeschlossene Haus eine Stichleitung verlegt, durch die das Heißwasser in das Haus gelangt. Dort fließt es durch einen Wärmetauscher, den sogenannten Fernwärmeumformer, in dem die Wärme vom Heißwasser des Fernwärmenetzes (Primärkreis) auf das Wasser des Heizkreises im Haus (Sekundärkreis) übertragen wird. Abb. 39

Bei der Verwendung dieser Brennstoffe stellt sich einerseits das Problem, dass fossile Brennstoffe nicht erneuerbar sind und somit mit einer Verknappung in absehbarer Zeit zu rechnen ist, anderseits überlastet ihre Verbrennung den Kohlenstoffhaushalt der Erde. Gasförmig: Erdgas (Methan CH4), Flüssiggas Flüssig: Erdöl, Heizöl-Extraleicht, HeizölLeicht Fest: Steinkohle, Braunkohle, Koks, Briketts

Energieträger/Wärmeerzeuger

35



dem Abgas oder wird kondensiert und flüssig abgegeben. Abb. 41

Abb. 40: Überlasteter Kohlenstoffhaushalt. Der vor Jahrmillionen langsam gebundene Kohlenstoff wird nun binnen kürzester Zeit freigesetzt und überlastet damit den Kohlenstoffhaushalt der Atmosphäre. CO2 als Treibhausgas führt zu Klimaveränderungen.

HEIZWERTKESSEL (HOCH/MITTELTEMPERATURKESSEL): Die im Wasserdampf des Abgases ent-

Heizwert/Brennwertkessel Bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entsteht die gewünschte Wärmeenergie und als Verbrennungsprodukte hauptsächlich Kohlendioxid und Wasser, die in die Atmosphäre emittiert werden. Für Erdgas (Methan, CH4) sieht die Reaktion folgendermaßen aus: CH4 + 2O2 3 CO2 + H2O + Wärme Erdgas + Luftsauerstoff 3 Kohlendioxid + Wasserdampf

Die bei der Verbrennung freiwerdende Wärmemenge setzt sich aus einem fühlbaren (sensiblen) und einem versteckten (latenten oder Verdampfungs-) Wärmeanteil zusammen. Der Anteil der freiwerdenden fühlbaren Wärme wird als Heizwert Hu [kWh/m3] bezeichnet, der Brennwert Ho [kWh/m3] definiert die frei werdende Wärmemenge einschließlich der Verdampfungswärme. Je nach Kesseltyp entweicht das Wasser entweder dampfförmig mit 

Abb. 41: Sensible und latente Wärmeanteile am Gesamtenergieinhalt von Heizöl EL und Erdgas L und H

36

Heizung

haltene Latentwärme entweicht bei konventionellen Kesseln ungenutzt durch den Rauchfang ins Freie. Das Rauchgas muss mit einer so hohen Temperatur aus dem Kessel austreten, dass erstens keine Kondensation im Kamin erfolgt (Versottung) und zweitens der Auftrieb (Kaminwirkung) für den Abzug der Rauchgase sorgt. Der Wirkungsgrad dieser Kessel liegt bei ~70–90 %. Es gibt Ausführungen für Feststoff-, Gas- sowie Ölverfeuerung (und für Kombinationen dieser Brennstoffe). BRENNWERTKESSEL (NIEDERTEMPERATURKESSEL): Das heiße Rauchgas wird im Kessel

in Abgaswärmetauschern bis unter den Taupunkt, das heißt auf eine Temperatur von 50–57°C abgekühlt und tritt mit ca. 40 °C in den Rauchfang ein. Damit wird durch das Kondensieren des Wasserdampfes im Kessel auch die latente Wärme nutzbar gemacht. Brennwertkessel erreichen dadurch Wirkungsgrade von ~90–110 %; je größer die Differenz zwischen Brenn- und Heizwert eines Brennstoffes ist, umso wirtschaftlicher wird der Einsatz der Brennwerttechnik. Um die Abgase abzukühlen und die dabei anfallenden Wärmemengen abzutransportieren, wird in den Wärmetauschern des Kessels der Rücklauf eines NT-

BIOGAS: Aus biologischen Abfallstoffen entsteht

durch mikrobielle Umwandlung Biogas, aus dem mit Hilfe geeigneter Verfahren (Reinigung und Aufkonzentrierung) ein dem Erdgas gleichwertiger Brennstoff entsteht.



Abb. 42: Energiegewinnung aus dem Wasserdampf im Rauchgas in einem Brennwertkessel

PFLANZENÖL: Zur Verwendung kommen Pflanzenöle, z. B. Rapsöl oder Umwandlungsprodukte, wie zum Beispiel Raps-Methylester, RME, als Biodiesel bekannt und hauptsächlich als Treibstoff in landwirtschaftlichen Maschinen genutzt. Als Energiequelle für Wärmeerzeugung eher selten eingesetzt.

Heizkreises eingeleitet. HT-Rücklauftemperaturen liegen im allgemeinen über dem Taupunkt und eignen sich deshalb nicht. Abb. 42, 43

STROH: Ein weiterer, in geringem Ausmaß verwendeter Bio-Brennstoff ist Stroh. Hauptsächlich in größeren Verbrennungsanlagen, weniger als Heizmaterial für Häuser und in kleinen Kesseln, da der Brennstoff nicht leicht zu beherrschen ist.

Abb. 43

Abb. 43: Bild links: Viessmann/ParomatSimplex – NT-Öl-/GasHeizkessel Bild Mitte: Viessmann/Vitogas 100 – NT-Gas-Heizkessel mit Untergestell und Speicher-Wasserwärmer (Vitocell-V-100) Bild rechts: Viessmann/Vitogas 100 – Schnittdarstellung Quelle: Fa. Viessmann Abb. 44: Ausgeglichener CO2Haushalt. Bei der Photosynthese speichert die Pflanze Sonnenenergie in Form von Biomasse. Dabei wird laufend CO2 aus der Atmosphäre gebunden und Sauerstoff freigesetzt. Sowohl bei der Verrottung als auch bei der energetischen Nutzung werden das

1.6.4 Bioenergie Ausgeglichener CO2-Kreislauf Pflanzen wandeln unter Einfluss von Sonnenlicht das Kohlendioxid (CO2) der Luft unter Zunahme von Wasser in Sauerstoff und Biomasse um. Bei der Verbrennung oder Verrottung der Biomasse kommt es wieder zur Abgabe des gebundenen CO2. Der Kohlenstoffkreislauf ist im Vergleich zur Verwendung fossiler Energieträger geschlossen und ausgeglichen.

Abb. 44

HOLZ: Der weitest verbreitete Bioenergieträger

Als potenzielle biogene Energieträger kommen Biogas, Pflanzenöl, Stroh und Holz in Frage. Abb. 44

ist Holz. Es fällt vor allem bei der Holzverarbeitung an oder wird direkt zu Energiezwecken gewonnen. Der Energiegehalt ist stark abhängig

Energieträger/Wärmeerzeuger

CO2 und die gespeicherte Sonnenenergie wieder freigesetzt. Der Kohlenstoffkreislauf ist geschlossen und ausgeglichen.

37



Abb. 45: Holz als konfektionierter Brennstoff für die automatische Verfeuerung als Hackschnitzel oder Pellets



Abb. 46: Hackschnitzeloder Pelletskessel

Brennstoffe

Heizwert kWh/kg

Brennwert kWh/kg

Holz Holz-Pellets Braunkohle Koks Steinkohle

3,4–4,3 4,9 2,2–3,8 7,9 8,8

Heizöl schwer Heizöl extra leicht

9,5 10,1 kWh/m2

10,7 kWh/m2

10,3 25,8 6,1

11,5 28 6,7

kWh/Liter

Erdgas Flüssiggas (Propan) Biogas

von der Feuchtigkeit, deshalb wird auch Holz bzw. andere Bio-Energieträger veredelt. PELLETS: Zu den veredelten Bioenergieträgern

zählen unter anderem Holzkohle, Holzbriketts, vor allem aber Pellets (zylindrische Stücke, die aus feinen Holzabfällen ohne chemische Zusätze unter hohem Druck gepresst werden), weil sie in automatischen Kesseln verbrannt werden können und dabei fast den Bedienungskomfort von Öl- oder Gasfeuerungen erzielen. Abb. 45

38

Heizung

Biomasse Heizkessel HACKSCHNITZEL- UND PELLET-HEIZKESSEL:

Vom Lagerraum oder einem Wochenvorratsbehälter aus werden je nach Kessel die Pellets oder Hackschnitzel mittels einer Förderschnecke in den Brenner transportiert und dort entzündet. Die Steuerung moderner Biomasseheizkessel ist soweit automatisiert, dass sich der Arbeitaufwand des Benutzers auf des Einstellen der gewünschten Raumtemperatur beschränkt. Sogar die Entaschung über eine Aschenschnecke kann automatisch erfolgen.Abb. 46



1.6.5 Sonnenenergie Strahlungsangebot Die auf die Erdoberfläche einfallende Gesamtsonneneinstrahlung (Globalstrahlung) setzt sich aus einem direkten und einem diffusen Anteil (an den Luftmolekülen gestreute Strahlung) zusammen und beträgt in Mitteleuropa (12:00 Mittag, wolkenlos, auf einem Berg) etwa 1000 bis 1150 W/m2, aber nur 100–800 W/m2 sind real nutzbar. Der entgegengesetzte zeitliche Verlauf von Energieangebot zu Energiebedarf (75 % im Sommer, 25 % im Winter), sowie die Unbeständigkeit dieser Energiequelle stellen die Probleme bei der Nutzung von Sonnenenergie dar. Abb. 47

kollektoren. Konzentrierende Kollektoren und Sonnen-Luftkollektoren sind selten praktizierte Sonderlösungen. Abb. 48 Im Regelfall werden Sonnenkollektoren nur zur Brauchwarmwasserbereitung eingesetzt und die Sonnenwärme direkt in den Brauchwarmwasserspeicher eingebracht; die Heizung des Hauses erfolgt über den Heizkessel ebenso wie die Warmwasserbereitung wenn keine Sonne scheint. Bei der teilsolaren Raumheizung wird ein Pufferspeicher zwischengeschaltet, aus dem die solare Wärme sowohl für die Warmwasser-

Abb. 47: Tagesstrahlungsverläufe auf die Horizontalfläche im Raum Wien an einem wolkenlosen Frühlings-, Sommer-, Herbst- und Wintertag – bei Ausrichtung nach Osten, Westen, Süden oder sogar Norden entsprechend weniger. Bild links: Gesamtstrahlung auf Wände verschiedener Richtungen im Juli für 50° nördlicher Breite beim Trübungsfaktor TL = 4,3 (geringe Trübung). Bild rechts: Sonnenhöhe h um 12h und 15h für 50° nördliche Breite. Quelle: Recknagel, Sprenger, Schramek; Taschenbuch für Heizung Klimatechnik

Abb. 48: Anlagenschema für Warmwasserbereitung 

Die aktive Nutzung der Sonnenenergie als Wärmequelle für Heizzwecke erfolgt mittels Kollektorsystemen, die passive, wie schon erwähnt, durch geeignete architektonische Maßnahmen. Sonnenkollektoren, Solarheizsysteme Die aktive Nutzung der Sonnenenergie erfolgt in sonnentechnischen Anlagen, in denen der Energietransport mit zusätzlicher (elektro-) mechanischer Hilfe funktioniert (Def. nach ÖN M 7700). Sie bestehen aus Energiewandler (Kollektor), Energiespeicher und Energieverbraucher (Wärmeabgabe), wobei Kollektor- und Speicherkreislauf verbunden, aber auch voneinander getrennt und mittels Wärmetauscher gekoppelt sein können. Kollektoren werden fast ausschließlich auf den Dachflächen installiert und können in hohem Grad in die Gebäudehülle integriert werden (Kollektor als Dachhaut). Je nach Bauart unterscheidet man hauptsächlich zwischen Flachkollektoren und Vakuum-Röhren-

Energieträger/Wärmeerzeuger

39



Abb. 49: Anlagenschema für teilsolare Raumheizung



Abb. 50: Foto und Schema – Querschnitt durch Flachkollektor

nimmt die Wärmeenergie der Sonne auf und leitet sie zum Heizsystem weiter. Die Rückseite des Absorbers muss gedämmt sein, die Oberfläche wird mit Glas oder einer transparenten Kunststoffplatte abgedeckt. Die Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit erreicht maximale Werte von über 200 °C Stillstandstemperatur. Abb. 50, 51



Abb. 51: Foto – Querschnitt durch Flachkollektor

VAKUUM-RÖHRENKOLLEKTOREN liefern jährlich

bereitung als auch zur Raumheizung entnommen werden kann. Abb. 49 FLACHKOLLEKTOREN liefern in unseren Breiten jährlich ca. 400 kWh/m2 am Kollektorausgang. Durch die in die Absorberfläche integrierten Rohre strömt ein Wasser-Glykol-Gemisch,

40

Heizung

ca. 500 kWh/m2 am Kollektorausgang. Der Absorber wird in der Mitte eines evakuierten Glasrohres angeordnet und wird von der Trägerflüssigkeit entweder direkt durchströmt oder indirekt mittels Wärmerohr. Die Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit erreicht maximale Werte von 250 °C. Abb. 52 LUFTKOLLEKTOREN finden bei Niedrigenergiehäusern Verwendung, die für den verbleibenden

Restwärmebedarf nur Warmluft auf wesentlich niedrigerem Temperaturniveau bereitstellen müssen. Solare Luftsysteme sind immer im Zusammenhang mit architektonischen Maßnahmen zu sehen. Dachflächen, aber auch Fassaden können als Luftkollektoren ausgebildet werden. Die Lufteinbringung kann direkt, z. B. durch Luftkanäle mit Ventilatoren, oder indirekt, z. B. durch Zwischenwandsysteme, bei denen von den erwärmten Flächen Wärme an den Raum abgegeben wird, erfolgen. Interessant sind Solar/Luftkollektoren in Verbindung mit Luftheizsystemen, also für Passiv- oder UMES-Häuser. Abb. 53

geben wird. Typ 3 und 4 sind die Kombination mit Hypokausten, also in Wand u/o Boden verlegten Rohren als Puffer und Wärmespeicher, die durch zusätzliche Umluft bedarfsabhängig



Abb. 52: 1. Röhrenkollektor 2. Vakuum-Röhrenkollektor direkt durchströmt 3. Vakuum-Röhrenkollektor mit Wärmerohr (heat-pipe) 

Abb. 53: Schema Solar-Luftkollektor

Bei Systemtyp 1 wird Außenluft durch einen verglasten oder unverglasten Kollektor direkt in den Raum geleitet, der belüftet und beheizt werden soll. System 2 lässt die Raumluft durch den Kollektor zirkulieren, wobei sie über eine thermische Speicherdecke in den Raum abge-

entladen werden können (System 5). Auch die Kombination von solarem Luftkollektor mit einer konventionellen Heizungsanlage ist möglich. Dies zeigt System 6, wo Radiatoren oder Fußbodenheizungen über einen Wärmetauscher an den Luftkollektor angebunden sind. Abb. 54 

Abb. 54: Unterschiedliche Ausbildungsformen von solaren Luftheizungssystemen Quelle: Forschungsforum BMWV 1/2000

Energieträger/Wärmeerzeuger

41



Abb. 55: Kompressorwärmepumpensystem

1.6.6 Wärmepumpen Wirkungsweise Wärmepumpen entziehen unter Einsatz von Arbeit einer relativ kalten Energiequelle Wärme um sie dann auf einem höheren Temperaturniveau für Heizzwecke, z. B. im Vorlauf einer Warmwasserheizung zu verwerten. Dafür sind folgende zwei Energiequellen erforderlich: ■ die Energie zum Antrieb des Kompressors der Wärmepumpe (Strom) und ■ ein Energieträger auf niedrigem Temperaturniveau (z. B. Grundwasser, Erdwärme, Außenluft) Abb. 55

Abb. 56: Schemazeichnung – Methoden der Umweltwärmenutzung. Als Niedertemperaturwärmequellen kommen die Umgebungsluft, Grundwasser (Brunnen und Sickerschacht) oder Erdwärme (Flächenkollektor, Grabenkollektor oder Tiefenbohrung) und Solarenergie in Frage 

Ein Kältemittel mit geringer Verdampfungstemperatur (z. B. 2 °C) zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf. Es kommt flüssig und mit geringer Temperatur und niedrigem Druck in einen großräumigen Verdampfer (im Falle der Verwendung von Erdwärme ein Erdkollektor), wo es durch Zufuhr von Erdwärme oder einer anderen Niedertemperaturwärmequelle verdampft. Das kalte Gas gelangt in den Verdichter (Kompressor), wo es sich durch die Erhöhung des Drucks auch auf eine höhere Temperatur erwärmt. Dieser heiße Dampf gelangt nun unter hohem Druck in den Kondensator (Verflüssiger), wo die Wärme an den Heißwasserkreislauf abgegeben wird.

Durch die Abkühlung kondensiert das Gas, es wird wieder flüssig. Die folgende Verringerung des Drucks (Expansion) bewirkt eine weitere Abkühlung der Flüssigkeit und der Kreislauf beginnt von neuem. Energiezufuhr ist lediglich für den Betrieb des Kompressors erforderlich. Etwa 1/3 der gewonnenen Wärme muss als Antriebsenergie für den Kompressor aufgewandt werden und 2/3 werden der Niedertemperaturenergiequelle entzogen. Abb. 55 Niedertemperaturwärmequellen Zu den Niedertemperaturwärmequellen (Abb. 56) zählen Wasser, Luft und Erdreich, deren an sich für Heizungszwecke zu niedrige Temperaturen durch die Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau gebracht werden. Der direkte Einsatz von NT-Erdwärme zur Lufterwärmung wurde schon im Kapitel Luftbrunnen behandelt. Die Abbildung 57 zeigt den Temperaturgang der verschiedenen Wärmequellen in Abhängigkeit von der Außentemperatur. WASSER: Oberflächenwasser, Grundwasser sowie

Abwässer und Kühlwässer von Industrieanlagen und gewerblichen Einrichtungen bieten aufgrund von Kontinuität und relativ hohen Temperaturen gute Nutzungsmöglichkeiten. Bei Grundwasser gibt es meist rechtliche Probleme. ERDWÄRME: Die Erde funktioniert als natürlicher, von Sonnenenergie und Regen gespeister Kollektor, dem die gespeicherte Energie durch Flächenkollektoren und Erdsonden entzogen werden kann. LUFT: Außenluft und Abluft, Abwärme aus Kältemaschinen, Lüftungs- oder Klimaanlagen, aber auch Abgase von Verbrennungskraftmaschinen stellen ein nahezu allzeit verfügbares, mit geringen Investitionskosten verbundenes Energiepotential dar.

42

Heizung



Abb. 57: Ungefährer Verlauf der Temperaturen von Niedertemperaturwärmequellen

WITTERUNGSWÄRME: Großflächige Flächenab-

sorber entziehen der Außenluft sowie Regen und Wind Wärmeenergie und nutzen außerdem die direkte und diffuse Sonnenstrahlung.

1.7 Regelung Beeinflusst von der Außentemperatur, den Windverhältnissen, der Sonneneinstrahlung, den inneren Wärmequellen und dem Rhythmus der Raumnutzung ist der Wärmebedarf eines Gebäudes zeitlichen Schwankungen unterworfen. Unter Regelung versteht man die, im besten Fall selbsttätige, fortwährende Anpassung der Heizleistung an den sich ändernden Bedarf, siehe hier Kapitel 1.5.3.

1.8 Systemüberblick Die unterschiedlichen Energieträger erfordern auf den jeweiligen Fall angepasste Wärmeerzeuger. Jede Wärmeerzeugertype liefert eine für sie optimale Vorlauftemperatur bei welcher der beste Wirkungsgrad erzielt wird. Die Vorlauftemperatur ist wiederum charakteristisch für das Wärmeabgabesystem. Das Wärmeabgabesystem muss auf das zu heizende Objekt abgestimmt werden. Diese Abhängigkeiten untereinander machen es notwendig, bei der Wahl des richtigen (optimalen) Heizsystems sorgfältig vorzugehen. Das folgende Diagramm hilft bei der Auswahl der zueinander passenden Komponenten.

Regelung/Systemüberblick

Abb. 58: Überblick über Energiequellen, deren Umwandlung in Heizwärme und die dafür geeigneten Heizsysteme 

43

2

Planung, Vorentwurf 

Abb. 59: Übersicht über die wesentlichsten Schritte bei der Planung eines Heizsystems

Die Planung der Heizung/Wärmeversorgung erfolgt am besten in zwei Schritten, parallel zu den Planungsphasen der Architektur, im Vorentwurf und Entwurf: Vorentwurf – Grobplanung Entscheidungsfindung, welche Heizung für das Objekt, dessen Verwendungszweck und die Bedürfnisse des Bauherrn am besten geeignet ist. Ganz wichtig ist in dieser Phase die möglichst frühe Kontaktnahme zu den Behörden (Rauchfangkehrer, Gaswerk, Fernwärme, Feuerwehr, Gewerbebehörde …) um deren Auflagen zu erfahren und um möglichst eine Vidierung (informelle Genehmigung) des Vorprojektes zu erhalten. Sobald entschieden ist, welches Heizsystem kommt, werden erste Bauangaben, das sind beispielsweise Schachtgrößen, Platzbedarf für den Heizraum, Brennstofflagerräume, Anschlüsse an das öffentliche Netz, Kamine usw. erarbeitet. Am Ende des Vorprojektes müssen alle haustechnischen Parameter, die Einfluss auf die Architektur und Statik haben, bekannt sein – das sind Schachtgrößen, Haustechnikräume, Rauchfänge, Anschlüsse an öffentliche Netze, Trassenführungen usw. – nichts ist peinlicher, als wenn man als Planer/Architekt dann in der Entwurfsphase dem Bauherrn eingestehen muss, dass man das Raumprogramm nicht einhalten kann, da man z. B. mehr Platz für die Haustechnik benötigt oder weil man Behördenauflagen erst jetzt erfährt! Entwurf – Detailplanung Dient im Anschluss daran zur Konkretisierung des Vorprojektes, möglichst ohne Änderung am System (d.h. im Vorprojekt sollte bereits alles Wesentliche geklärt und genehmigt worden sein). Die Detailarbeit umfasst die genauen Bauangaben (Durchbrüche, Leitungsführungen) und die Berechnung und Auslegung sämtlicher Rohre, Pumpen, Heizkörper, Heizkessel usw. Das gesamte Haustechniksystem wird in die Polierpläne eingezeichnet.

44

Heizung

Leistungsverzeichnis – Ausschreibung Anhand der Detailpläne wird ein Leistungsverzeichnis (LV), d. h. eine genaue Stückliste auf Basis der Mengenberechnungen und Pläne, erstellt. Das LV ist die Basis für die Ausschreibung. Die Ausschreibung enthält neben der Stückliste eine genaue Beschreibung der Anlage.

2.1 Schritt 1: Wärmebedarfsabschätzung 2.1.1 Ermittlung des Objektwärmebedarfs Der Wärmebedarf eines Objektes hängt im Wesentlichen von den Transmissionswärmeverlusten (infolge Wärmeleitung in den Bauteilen und Wärmeübergang in den Oberflächen) und den Lüftungswärmeverlusten (Luftaustausch von warmer Raumluft durch kalte Außenluft) ab. Die folgende Anleitung dient nur der überschlagsmäßigen Berechnung einfacher Objekte; interne Lasten und solare Wärmegewinne werden dabei vernachlässigt, ebenso Verluste über Wärmebrücken. Die Berechnung der Wärmeverluste erfolgt im Vorprojekt über die gesamte äußere Oberfläche des Gebäudes (Objektes), also über alle Flächen, durch die Wärme verloren geht. Eine detaillierte Berechnung einzelner Räume oder innerer Wärmeströme ist hier noch nicht nötig.

Vorentwurf Schritt 1: Wärmebedarfsabschätzung 1a 1b 1c

Ermittlung des Objektwärmebedarfs in [W] über Wärmedurchgangskoeffizienten (u-Werte) und Leitwerte Normwärmebedarf

Ermittlung des flächenbezogenen Wärmebedarfs 1d in W/m2 1e

Ermittlung des Objekt-Jahresheizwärmebedarfs in kWh/a

3 Eventuell Rückmeldung an Architekt über

unzureichende Wärmedämmung 3 Dimensionierung der Wärmeerzeuger

Schritt 2c

Passivhaus oder Energiefresser? Und ggf. Iteration zu 3 Schritt 1a Input für Schritt 2b und 2d 3

Information über benötigte Jahresenergiemenge für Auslegung Brennstofflager Schritt 4

Schritt 2: Heizsystementscheidung Allgemeine Systemüberlegung + Behörden- & EVUKontakte 2b Wahl des Energieträgers Auslegung Wärmeerzeuger Gesamtwärmeleistung (PNE + Warmwasser) Gas/Ölkessel 2c Wärmepumpen Fernwärmeumformer (UFO) Solaranlage 2d Art des Wärmeabgabesystem

2a

3 Auflagen für Energiequelle, Brennstofflager, ... 3 Öl, Gas, FW, Sonne, Biomasse, ...

Dimensionierung Wärmeerzeuger, Boiler, Puffer Platzbedarf für Kessel und Fang Schritt 4 Platzbedarf WP, Elektr. Anschluss, NT-Kollektor Platzbedarf UFO, Anschlusstrasse von Straße Platz am Dach, Optik, Rückmeldung zu Architekt 3 Wahl des passenden Heizsystems (MT, NT, Luft)

3 3 3 3 3

Schritt 3: Hydraulisches und technisches Konzept Einteilung des Objektes in Heizzonen/Heizkreise HT/MT-Heizkörper 3a NT-Heizkreise Versorgung von Lüftungsgeräten

3 Heizkreise, Temperaturanforderungen

3b Konzept für den Wärmetransport

3 Heizkreise, Pumpen, Peripherie

3c Konzept für die Wärmeerzeugung

3

Rauchfänge, Gasanschluss, Brennstofflager, ... und grundsätzliche Hydraulik des Gesamtsystems ggf. in Abstimmung mit den Auflagen der Behörde/Energieversorgers (z. B. FWW)

4a Heiz- bzw. Haustechnikräume,

3

HT-Raum m 2, RH, Einbringöffnung, Schleusen, LüftungsZuluftöffnungen

4b Brennstofflagerung, Brennstoffversorgungsleitungen

3

Schritt 4: Platzbedarf und Bauangaben

4c Abgasanlagen 4d Wärmeversorgungsleitungen

Raumgrößen, Ausbildung zufolge gesetzl. Auflagen, Anlieferung, Leitungstrassen, Lüftungen, Schleusen 3 Schächte/Kamine, 3 Schächte, Trassen, Revisionsöffnungen

Schritt 5: Einreichung 5a Projektbeschreibung mit Berechnungen und Nachweisen 3 Behördenauflagen und/oder Genehmigung Konzept 5b Einreichpläne 1:50 und hydraulische Schemata

Entwurf/Detailplanung Schritt A: Ermittlung des Raumwärmebedarfs Raumweise Berechnung des Wärmebedarfs

3 Raumweise Auslegung Wärmeabgabesystem

Schritt B: Ermittlung der Wassermengen

3 Druckverluste, Pumpen-, Rohr- und Ventilauslegung

Schritt C: Regelungskonzept

3 Detailbeschreibung des Systems

Schritt D: Detaillierte bauliche Ausbildung Heizräume Abgasanlagen Brennstofflagerung Gasversorgung

3 3 3 3

Anforderungen, Dimensionierung Anforderungen, Dimensionierung, Ausführung Öl, Flüssiggas, Pellets Leitungen, Auslegung

Abb. 59: Übersicht über die wesentlichsten Schritte bei der Planung eines Heizsystems

Wärmebedarfsabschätzung

45

2.1.2 Schritt 1a: U-Werte der Bauteile, Leitwerte Schritt 1: Wärmebedarfsabschätzung 1a 1b 1c

Ermittlung des Objektwärmebedarfs in [W] über Wärmedurchgangskoeffizienten (u-Werte) und Leitwerte Normwärmebedarf

3 Eventuell Rückmeldung an Architekt über unzu-

reichende Wärmedämmung 3 Dimensionierung der Wärmeerzeuger

Ermittlung des flächenbezogenen Wärmebedarfs 1d in W/m2 1e

Schritt 2c

Passivhaus oder Energiefresser? Und ggf. Iteration zu 3 Schritt 1a Input für Schritt 2b und 2d

Ermittlung des Objekt-Jahresheizwärmebedarfs in kWh/a

3

Als erstes werden die Wärmedurchgangskoeffizienten (u-Werte, früher k-Wert) aller Bauteile bestimmt. Der u-Wert gibt an, welche Wärmemenge durch 1 m2 eines Bauteils bei einem Temperaturgefälle von %T = 1K zwischen innen und außen pro Zeiteinheit verloren geht.

Information über benötigte Jahresenergiemenge für Auslegung Brennstofflager Schritt 4

Für jeden Bauteil wird ein Berechnungsblatt mit dem jeweiligen Schichtaufbau und den technischen Daten angelegt, zum Beispiel gemäß des Vorschlages der MA25: 3 Abb. 60 Abb. 61, 62, 63 FENSTER: Bei den Fenstern ist die Vorgangs-

WÄNDE, DECKEN, BÖDEN: Für mehrschichtige Bauteile geschieht die u-Wert Berechnung gemäß EN ISO 6946:

u = 1/(Rsi + Rt + Rse)

[W/m2K]

u Rsi

Rt d M Rse



Abb. 60: Beispiel für die Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten (u) für eine erdberührte Wand mit einem Berechnungsblatt in Anlehnung an das Register zur Ermittlung des u-Wertes von der MA25 – Gruppe Neubau Referat 1

Wärmedurchgangskoeffizient [W/m2K] (früher k-Wert) Wärmeübergangswiderstand von der Innerraumluft zur Bauteiloberfläche in [m2K/W] (Tabelle) Wärmedurchgangswiderstand Rt = 4 d/M Dicke einer Bauteilschicht in [m] Wärmeleitkoeffizient einer Bauteilschicht in [W/m2K] (Tabelle) Wärmeübergangswiderstand von der Bauteiloberfläche zur Außenluft in [m2K/W] (Tabelle)

U-Nachweis für den Bauteil: erdberührte Wände (Beispiel) Bauvorhaben: Testobjekt Bauteil Gipsdämmputz 800 kg/m3 (2 cm) Stahlbetonwand VDI-Wert (20 cm) Extr. Polystyrol XPS Feuchtigkeitsisolierung

d [m] 0,020 0,200 0,150 0,005

λ [W/mK] 0,170 2,035 0,040 0,200

Rt = Σ d/λ (Wärmedurchgangswiderstand) Rsi + Rse (Wärmeübergangs widerstand) Uvorh. = 1/(Rsi + Rt + Rse ) lt. Techniknovelle zur BO Wien Temperaturkorrekturfaktor

46

weise im Prinzip analog, allerdings haben die Rahmen in der Regel einen wesentlich schlechteren (größeren) u-Wert als die Gläser. In die Berechnung sollte daher unbedingt der von einer Prüfanstalt gemessene und garantierte u-Wert der gesamten Fensterkonstruktion, bestehend aus Glas und Rahmen, eingesetzt werden! Abb. 64

Heizung

d/λ [m2K/W] 0,118 0,098 3,750 0,025

3,991 0,170 Uvorh. Uzul. f

0,240 0,450 0,600

1 Daten für M aus Tabelle Abb. 61, Werte für Rsi + Rse aus Abb. 62. Zulässige uWerte für Außenbauteile laut Bauordnung aus Tabelle in Abb. 63, ebenso anstrebenswerte u-Werte für guten Wärmeschutz in Abb. 63. Den Temperaturkorrekturfaktor f erhält man aus Tabelle Abb. 62.

2.1.3 Schritt 1b: Leitwerte Schritt 1: Wärmebedarfsabschätzung 1a 1b 1c

Ermittlung des Objektwärmebedarfs in [W] über Wärmedurchgangskoeffizienten (u-Werte) und Leitwerte Normwärmebedarf

Ermittlung des flächenbezogenen Wärmebedarfs 1d in W/m2 1e

Ermittlung des Objekt-Jahresheizwärmebedarfs in kWh/a

Sind alle Wärmedurchgangskoeffizienten (uWerte) bekannt, so wird als nächstes der Leitwert jedes Außenbauteils bestimmt. Der Leitwert gibt an, wie viel Wärme bei 1 K Temperaturunterschied durch den gesamten Bauteil vom warmen Raum innen, in die kalte Umgebung nach außen fließt. Der Transmissionsleitwert LT für das Gesamtobjekt wird durch die Aufsummierung der einzelnen Leitwerte für alle Bauteile der Gebäudehülle unter Berücksichtigung der Einflüsse von Wärmebrücken ermittelt. LT = 4 Ai x ui x fi LT ui Ai fi

n VN

Schritt 2c

Passivhaus oder Energiefresser? Und ggf. Iteration zu 3 Schritt 1a Input für Schritt 2b und 2d 3

Information über benötigte Jahresenergiemenge für Auslegung Brennstofflager Schritt 4

Für den Luftwechsel bei freier Lüftung (Fensterlüftung) ist für die Luftwechselzahl (n) gemäß ÖN B 8110-1 n = 0.4 bezogen auf das Bruttovolumen anzusetzen, das bedeutet etwa bei einer Wohnfläche von 30 m2/Person einen Luftwechsel LW = 30 m3/h.Pers. LV = 0,3611 x 0,4 x VN = 0,144 x VN LV = 0,144 x VN

[W/K]

LV Lüftungsleitwert [W/K] VN belüftetes Nettovolumen des Gebäudes in [m3]

Abb. 61: Wärmeleitkoeffizienten M häufig verwendeter Baustoffe 

Dicke d [cm]

BAUSTOFF

Der Lüftungsleitwert LV der Gebäudehülle hat trotz seines Namens nichts mit Wärmeleitung zu tun, sondern resultiert aus dem Luftwechsel, d. h. der gewollten Lufterneuerung (Lüftung) oder dem ungewollten Austausch (Undichtheiten) von kalter Außenluft gegen warme Raumluft. Da man bei moderner Bauweise mit dichten Fenstern rechnen kann, ist es für eine erste Abschätzung zulässig, den Lüftungswärmebedarf über den hygienisch erforderlichen Mindestluftwechsel gemäß EN 832 zu ermitteln (siehe auch Kapitel Lüftung).

LV cp

reichende Wärmedämmung 3 Dimensionierung der Wärmeerzeuger

[W/K]

Transmissionsleitwert [W/K] Wärmedurchgangskoeffizient des Bauteils [W/m2K] Fläche des jeweiligen i-ten Bauteils in [m2] Temperaturkorrekturfaktor des Bauteils i, siehe Abb. 62

LV = cp x n x VN

3 Eventuell Rückmeldung an Architekt über unzu-

[W/K]

Lüftungsleitwert [W/K] spezifische Wärmekapazität Luft cp = 0,3611 [Wh/Km3] 3 Luftwechselzahl [1/h] belüftetes Nettovolumen des Gebäudes in [m3]

BETON Stahlbeton (VDI-Wert) Schütt-, Stampfbeton Polystyrolbeton 600 kg/m3

M [W/mK]

2,035 1,500 0,220

MAUERWERK Ziegelmauerwerk Porotherm 38 S mit ISO Fertigmörtel Buhl Recycling-Speicherziegel SBZ20 Hohlziegelmauerwerk 1400 kg/m3 (Standardwert) Blähtonsteine mit Wärmedämmmörtel verlegt Vollziegelmauerwerk 1500 kg/m3 Gipsbauplatten 900 kg/m3

38,00 20,00

PUTZ Putz 1800 kg/m3 Gipsdämmputz 800 kg/m3 Wärmedämmputz 500 kg/m3 Mineralischer Edelputz 1850 kg/m3 Kunststoff-Dünnputz

0,147 0,273 0,580 0,250 0,640 0,410 1,000 0,170 0,130 0,800 0,900

PLATTEN/VERLKLEIDUNGEN/BELÄGE Gipskartonplatte 12,5 mm Fermacell Gipsfaserplatte 15,0 mm

1,25 1,50

0,210 0,360

WÄRMEDÄMMUNG Mineralfaser 50 kg/m3 Schafwollmatte („Dämmstoffe“ Umweltberatung Österreich) Extr. Polystyrol XPS (Styrodur 3035 CS) Zellulosedämmstoff (Isocell-Werte) Holzfaserdämmplatte 200 kg/m3 (Mittelwert)

0,039 0,035 0,040 0,034 0,055

HOLZ (senkrecht zur Faser) Fichte, Kiefer, Tanne Holzspanplatte 700 kg/m3

0,140 0,130

FOLIEN, ABDICHTUNGEN Dachpappe Villas Bitumenbahn: Villox – GV 35 Dampfsperre

0,30 0,02

3 entspricht cp = 1,3 [kJ/Km3] (EN 832: cp = 1,2) bzw. cp = 1,0 [kJ/kgK] mit Faktor 1/3,6 für h 3 sec

Wärmebedarfsabschätzung

47

0,170 0,170 0,200

Wärmeübergangswiderstand R/m2KW Rsi Rse Rsi+se

Wärmestrom nach außen über Dachschräge nicht hinterlüftet hinterlüftet Außendecke nach oben nicht hinterlüftet hinterlüftet Außendecke nach unten nicht hinterlüftet hinterlüftet Decke zu unbeheiztem Dachraum Außenwand nicht hinterlüftet hinterlüftet Wand zu unbeheiztem Dachraum Wand zu unbeheiztem außenluftexponiertem Stiegenhaus Bauteile zu Innenhof mit Glasüberdachung (Atrium) Wände zu unbeheiztem WI-Garten Einfachverglasung U > 2,5 Isolierglas U > 2,5 Wärmeschutzglas U > 1,6 Wand zu unbeheiztem Keller Decke zu unbeheiztem Keller Decke zu Tiefgaragen/Garage Wände zu Tiefgaragen/Garage Sonstige Pufferräume Wände Decken nach oben Decken nach unten Erdanliegende Fußböden Erdanliegende Wände Bauteile mit int. Flächenheizung Bodenheizung über unbeheiztem Keller Deckenheizung oberstes Geschoss hinterlüftet Dachraum Hypokausten- od. Wandheizung in der Außenwand hinterlüftet

Temperaturkorrekturfaktoren f

0,12 0,12

0,05 0,09

0,17 0,21

1,00 1,00

0,12 0,12

0,05 0,09

0,17 0,21

1,00 1,00

0,17 0,17 0,12

0,05 0,09 0,12

0,22 0,26 0,24

1,00 1,00 1,00

0,12 0,12 0,12

0,05 0,09 0,12

0,17 0,21 0,24

1,00 1,00 1,00

0,12

0,12

0,24

0,50

0,12 0,12

0,12 0,12

0,24 0,24

0,50

0,12 0,17 0,17 0,12

0,12 0,17 0,17 0,12

0,24 0,34 0,34 0,24

0,70 0,60 0,50 0,50 0,50 0,80 0,80

0,12 0,12 0,17 0,17 0,12

0,12 0,12 0,17

0,24 0,24 0,34 0,17 0,12

0,50 0,50 0,50 0,50 0,60

0,17 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12

0,17 0,05 0,09 0,12 0,12 0,09

0,34 0,17 0,21 0,24 0,24 0,21

Hat das Gebäude ein Lüftungssystem mit/ohne Wärmerückgewinnung mit einem Wärmerückgewinnungswirkungsgrad I, so reduziert sich der Lüftungswärmeverlust um den Faktor (1– I). LV = cp x LW x (1– I) LV Lüftungsleitwert [W/K] LW Luftwechsel bzw. Luft-Fördermenge des Lüftungssystems in m3/h I Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung (Garantiewerte nehmen!) z. B. 60 % Wärmerückgewinnungsfaktor 3 I = 0,6 bzw. sicherheitshalber I = 0,5 wegen Verschmutzung und ähnlichen Wirkungsgradeinbußen. Ohne Wärmerückgewinnung wird I = 0,0. LV = 0,3611 x LW x (1– I) [W/K] Weiters werden in der Norm Leitwerte für sonstige Verluste und Formfaktoren angegeben. Für die Grobabschätzung des Objektwärmebedarfs in der Vorprojektphase reicht es aber, diese zusätzlichen Verluste mit etwa 10 % Sicherheitsaufschlag anzusetzen.

0,5 x f* f* f* f* f* 15,00

Glasbezeichnung

U [W/m 2K]

Einfachglas 6 mm

5,8

Zweifach Isolierglas 6-8-6

3,2

Zweifach Wärmeschutzglas 4-16-4 (Luft)

1,5

Zweifach Wärmeschutzglas 4-15-6 (Ar)

1,3

Zweifach Wärmeschutzglas 4-12-4 (Kr)

1,1

Zweifach Wärmeschutzglas 4-12-4 (Spezial)

0,9

Dreifach Wärmeschutzglas 4-8-4-8-4 (Kr)

0,7

Dreifach Wärmeschutzglas 4-8-4-8-4 (Spezial)

0,5

Abb. 64: Wärmedurchgangskoeffizient U für Glas

Abb. 62: Wärmeübergangswiderstände und Temperaturkorrekturfaktoren von Bauteilen2 2 f* = 1 + (%Vi x HGT)/HGT

Wärmeschutz von Gebäuden Aussenwand u = W gegen unbeheizte Gebäudeteile und Feuermauern Wände gegen getrennte Wohn/Betriebseinheiten Decken gegen Außenluft, Dachböden, Durchfahrten Decken gegen unbeheizte Gebäudeteile D gegen getrennte Wohn- und Betriebseinheiten Fenster Außentüren sind mehr als 30 % F + T in Aussenwand so Gesamtwand + F + T Erdberührte Wände Erdberührte Fußböden

48

Heizung

NÖ 1996

Wien 1995

0,40 0,70 1,60 0,22 0,40 0,90 1,80 1,80

0,50 0,70 0,90 0,20 0,40 0,90 1,90 1,70 0,90 0,50 0,40

0,50 0,50

Abb. 63: Erforderliche u-Werte gemäß verschiedenen Bauordnungen. Für UMES- oder Passivhäuser wären Außenwände mit u = 0,1–0,15 [W/m2K] und Fenster mit u = 0,7–1,0 nötig.

2.1.4 Schritt 1c: Normwärmebedarf Schritt 1: Wärmebedarfsabschätzung Ermittlung des Objektwärmebedarfs in [W] über Wärmedurchgangskoeffizienten (u-Werte) und Leitwerte Normheizlast Ermittlung der flächenbezogenen Heizlast 1d in W/m2

3 Eventuell Rückmeldung an Architekt über unzu-

1a 1b 1c

1e

reichende Wärmedämmung 3 Dimensionierung der Wärmeerzeuger

Schritt 2c

Passivhaus oder Energiefresser? Und ggf. Iteration zu 3 Schritt 1a Input für Schritt 2b und 2d

Ermittlung des Objekt-Jahresheizwärmebedarfs in kWh/a

3

Information über benötigte Jahresenergiemenge für Auslegung Brennstofflager Schritt 4

Die Normheizlast PN errechnet sich für eine bestimmte ortsbezogene Auslegungstemperatur TNE aus der Summe des Transmissions- und Lüftungsleitwertes, eventuell unter Zurechnung einer 10%-Sicherheit für die sonstigen Leitwerte und ist die Auslegungsgröße für das Heizsystem (Wärmeerzeuger für Heizung – ACHTUNG: Warmwasserbereitung nicht vergessen).

Bei Objekten, die von der Fernwärme Wien beheizt werden, sind folgende Abweichungen zu beachten: TNE = –15 °C....Normaußentemperatur TNE anstelle von –12 °C Vi = 22 °C....Wohn-, Schlaf-, Kinderzimmer, Küchen 26 °C....Bäder 18 °C....Hobbyräume

Die Normheizlast gibt an, wie viel Wärme das Objekt bei der Normaußentemperatur TNE verliert.

Ort

Seehöhe

Bregenz Eisenstadt Graz Innsbruck Klagenfurt Linz Salzburg St. Pölten Wien Wien 1140 Wr. Neustadt Zwettl

436 195 377 582 448 260 435 276 151–542 229 271 511

Abb. 65: Klimadaten und mittlere Innentemperaturen für die Wärmebedarfsberechnung. Für die Daten anderer Orte siehe z. B. ÖNorm B8135 M7500 

PN = (LT + LV) x 1,1 x (Vi – TNE) Normheizlast [W] = primäre Auslegungsgröße für die Wärmeerzeugung LT Transmissionsleitwert [W/K] LV Lüftungsleitwert [W/K] 1,1 10 % Zuschlag zu (LT + LV ) für die rechnerische Vernachlässigung von L1, L2 und L3 Vi Mittlere Innentemperatur des Gebäudes [°C] TNE Normauslegungstemperatur [°C], Tabelle Abb. 65

PN

TNE ist die Auslegungstemperatur für das Heizsystem – das Heizsystem wird also so dimensioniert, dass es an einem sehr kalten Tag mit TNE als Außentemperatur in den Räumen die gewünschten Innentemperaturen Ti aufrecht halten kann.

TM [°C] 8,8 10,0 9,0 5,8 7,8 9,1 8,3

HGT12/20°/a [...] 3525 3165 3450 3595 3895 3470 3630 3390 3235 3385 3360 4380

HT 12 [d] Heiztage 222 201 210 217 220 214 225

9,4

209 218 209 250

9,4 6,5

Wärmebedarfsabschätzung

(Beispiel City X.6) A [m2] u f

Aussenwandflächen Dachfläche (Schräg- und Flachdächer) Boden zu Aussenluft Boden zu Keller Boden zu Erdreich Fenster, Fenstertüren und Eingangstüren

5586 1200 691 423 214 1356

0,13 0,13 0,13 0,15 0,20 1,00

Abhängigkeit von der Gebäudewidmung folgende Werte anzusetzen: Vi = 20–22 °C.... Wohnhäuser, Schulen, Bürogebäude 22–24 °C.... Krankenhäuser, Pflegeheime 18 °C.......... Industriegebäude

LT =

Beheizte Nutzfläche durchschnittliche Raumhöhe beheiztes/belüftetes Objektvolumen Luftwechsel Wärmerückgewinnung spezifische Wärme c

V n= h=

Lüftungsleitwert L V = c p x VN x n x (1– I) Mittlere Innentemperatur (gemäß Fernwärme Wien) Norm-Auslegungstemperatur (nach Fernwärme) Normwärmebedarf PNE = (LT + LV + 10 %) x (V i – TNE )

–12 –12 –12 –16 –16 –12 –16 –14 –12 –14 –14 –16

LT = A x u x f

1,00 1,00 1,00 0,50 0,50 1,00

Transmissionsleitwert

Vi: Für die mittlere Innentemperatur Vi sind in

TNE [°C]

726 156 90 32 21 1356 2381 m2 m m3

7363 2,5 18 408 0,3 60 %

m3/m3 [%]

0,3611

Wh/Km3

LV = 798

Vi =

22

TNE

–15 129

W/K

kW

Abb. 66: Beispiel für die Berechnung des Wärmebedarfs aus den vorher ermittelten Werten für das Objekt City X.6

Wärmebedarfsabschätzung

49

2.1.5 Schritt 1d: Spezifische Heizlast Schritt 1: Wärmebedarfsabschätzung Ermittlung des Objektwärmebedarfs in [W] über Wärmedurchgangskoeffizienten (u-Werte) und Leitwerte Normwärmebedarf Ermittlung des flächenbezogenen Wärmebedarfs 1d in W/m2

1a 1b 1c

1e

Ermittlung des Objekt-Jahresheizwärmebedarfs in kWh/a

3 Eventuell Rückmeldung an Architekt über unzu-

reichende Wärmedämmung 3 Dimensionierung der Wärmeerzeuger

Schritt 2c

Passivhaus oder Energiefresser? Und ggf. Iteration zu 3 Schritt 1a Input für Schritt 2b und 2d 3

Information über benötigte Jahresenergiemenge für Auslegung Brennstofflager Schritt 4

Die spezifische Heizlast gibt an, wie viel Wärme das Gebäude pro Quadratmeter Nutzfläche benötigt bzw. verliert. Es ist eine Kenngröße dafür, ob das Gebäude ein Energiefresser, Niedrigenergiehaus oder sogar UMES/Passivhaus ist und dient in der Folge zur Entscheidung, welches Heizsystem zum Einsatz kommen kann: pN = PN /BGFB = PN x 3/VB pN spezifische Normheizlast [W/m2] PN Normheizlast [W] BGF Brutto Geschossfläche [m2], wird aus dem beheizten Bruttovolumen gemäß ÖN B 8110-1 ermittelt. VB beheiztes Bruttovolumen des Objekts in m3 (Summe aller Brutto-Rauminhalte)

2.1.6 Schritt 1e: Jahresheizwärmebedarf Schritt 1: Wärmebedarfsabschätzung Ermittlung des Objektwärmebedarfs in [W] über Wärmedurchgangskoeffizienten (u-Werte) und Leitwerte Normwärmebedarf Ermittlung des flächenbezogenen Wärmebedarfs 1d in W/m2 Ermittlung des Objekt-Jahresheizwärmebedarfs 1e in kWh/a *

1a 1b 1c

reichende Wärmedämmung 3 Dimensionierung der Wärmeerzeuger

Schritt 2c

Passivhaus oder Energiefresser? Und ggf. Iteration zu 3 Schritt 1a Input für Schritt 2b und 2d 3

Information über benötigte Jahresenergiemenge für Auslegung Brennstofflager Schritt 4

Der Wärmebedarf QH kann einerseits dazu verwendet werden, um den Brennstoffvorrat (z. B. Öltank, Hackschnitzellager) zu dimensionieren, andererseits zur Charakterisierung des Hauses in Normal-, Niedrigenergie, UMES, Passiv usw.

tung einer vorgegebenen Innentemperatur während der Betriebszeit sicherzustellen.

Der Heizwärmebedarf gibt die durch Berechnung ermittelte Wärmemenge an, die im langjährigen Mittel während einer Heizsaison dem Objekt zugeführt werden muss, um die Einhal-

QH PN hV

* Es ist üblich [kWh/a] zu schreiben, besser wäre [kWh] pro Jahr.

50

3 Eventuell Rückmeldung an Architekt über unzu-

Heizung

Eine Grobabschätzung des Jahresenergiebedarfs erfolgt über die sogenannten Volllaststunden: QH = PNE x hV [kWh] pro Jahr Jahresheizwärmebedarf [Wh/a] Normwärmebedarf [W] Vollaststunden [h/a] hV = 1400–1600

Eine andere Abschätzung des jährlichen Heizwärmebedarfs QH geht über die Heizgradtage HGT als lokale Klimadaten. Sie liegt auf der sicheren Seite. QH = 0.026 x (LT + LV) x HGT 0.026 HGT LT LV

Umrechnungsfaktor [Kh/d] inkl. 10 % Zuschlag L1-L3 (0.024 x 1,1) Heizgradtage in Kd/a Transmissionsleitwert der Gebäudehülle in [W/K] Lüftungsleitwert der Gebäudehülle in [W/K]

Der spezifische Heizwärmebedarf qH wird bezogen auf die Brutto-Geschossfläche und gemäß ÖN B 8110-1 ermittelt.

2.2 Schritt 2: Heizsystementscheidung Das Heizsystem besteht aus dem Energieträger, dem Wärmeerzeuger, der Wärmeverteilung, dem Wärmeabgabesystem und dem zu beheizenden Objekt. Wie bereits in den Grundlagen dargelegt wurde, müssen diese Komponenten zueinander passen und auf den Verwendungszweck des Gebäudes abgestimmt werden.

2.2.1 Schritt 2a: Systementscheidung, Behördenkontakte

qH = QH /BGFB oder qH = QH x 3/VB QH Heizwärmebedarf in kWh pro Jahr BGF beheizte Bruttogeschossfläche in m2, wenn bekannt, sonst über VB VB beheiztes Bruttovolumen des Objekts in m3 (Summe aller Brutto-Rauminhalte) für Wohnhäuser Mit dem spezifischen Heizwärmebedarf und dem spezifischen Normwärmebedarf kann das Gebäude hinsichtlich seiner thermischen Qualität eingestuft werden. Als Qualitätsklassen können die in Abb. 10 und Abb. 13 aus dem Kapitel Grundlagen – Heizung angeführten Haustypen dienen.

Diese Auswahl wird am besten mit Hilfe des Diagramms von Abb. 58 aus den HeizungsGrundlagen vorgenommen, wobei auf die individuellen Wünsche des Bauherrn, den Charakter des Objektes und die rechtlich-ökonomischen Randbedingungen eingegangen werden muss. In diesem Zusammenhang ist es besonders wichtig, das ständige Wechselspiel zwischen dem Planer und den Behörden zu erwähnen: Um spätere Komplikationen zu vermeiden ist es ratsam, den Behördenkontakt schon während bzw. nach der ersten groben Systemplanung zu suchen. Grundlegende Fragen wie z. B. die Sicherstellung der Versorgung mit dem gewünsch-

Schritt 2: Heizsystementscheidung Allgemeine Systemüberlegung + Behörden- & EVUKontakte 2b Wahl des Energieträgers Auslegung Wärmeerzeuger Gesamtwärmeleistung (PNE + Warmwasser) Gas/Ölkessel 2c Wärmepumpen Fernwärmeumformer (UFO) Solaranlage 2d Art des Wärmeabgabesystem

2a

Das Objekt wurde in Schritt 1 durch den Wärmebedarf PN, QH und qH charakterisiert, so dass als nächstes die Entscheidung über den Energieträger, Wärmeerzeuger und das Wärmeabgabesystem getroffen werden kann.

3 Auflagen für Energiequelle, Brennstofflager, ... 3 Öl, Gas, FW, Sonne, Biomasse, ...

Dimensionierung Wärmeerzeuger, Boiler, Puffer Platzbedarf für Kessel und Fang Schritt 4 Platzbedarf WP, Elektr. Anschluss, NT-Kollektor Platzbedarf UFO, Anschlusstrasse von Straße Platz am Dach, Optik, Rückmeldung zu Architekt 3 Wahl des passenden Heizsystems (MT, NT, Luft)

3 3 3 3 3

ten Energieträger können dabei schon abgeklärt werden. Auch während der folgenden Planungsabschnitte ist es ratsam, Kontakt zu den jeweiligen Behörden zu halten, um auch weiterhin den rechtlichen Bedingungen zu entsprechen.

Heizsystementscheidung

Kurze Besprechungsnotizen bzw. Aktenvermerke wären ratsam.

51

2.2.2 Schritt 2c: Auslegung Wärmeerzeuger Schritt 2: Heizsystementscheidung Allgemeine Systemüberlegung + Behörden- & EVUKontakte 2b Wahl des Energieträgers 2c Auslegung Wärmeerzeuger Gesamtwärmeleistung (PNE + Warmwasser) Gas/Ölkessel Wärmepumpen Fernwärmeumformer (UFO) Solaranlage 2d Art des Wärmeabgabesystem

2a

Zur Dimensionierung des Wärmeerzeugers müssen nicht nur der Wärmebedarf bzw. die benötigte Gesamtwärmeleistung bekannt sein, sondern noch eine ganze Reihe zusätzlicher Parameter berücksichtigt werden, unter anderem: ■ Warmwasserbereitung ■ Warmwasserboiler ■ Stillstandsverluste (Kesselwirkungsgraderhöhung) ■ Alternative Wärmequellen (Solaranlage, …) ■ usw. 2.2.2.1 Gesamtwärmeleistung ACHTUNG: Aus dem Normwärmebedarf PNE alleine ergibt sich noch nicht unbedingt die benötigte Gesamtwärmeleistung für das Objekt! Wird nämlich das Warmwasser vom gleichen Wärmeerzeuger bereitet wie die Heizwärme, so muss in die Auslegung des Wärmeerzeugers auch die Brauchwarmwasserwärmeleistung PWW einfließen. Der Wärmeerzeuger muss in der Lage sein, an einem kalten Tag mit TAUSSEN = TNE das gesamte Gebäude zu heizen und zusätzlich den Warmwasserbedarf abzudecken. Hat das Gebäude auch noch sonstige Wärmeverbraucher, so sind diese mit ihren allfälligen Gleichzeitigkeitsfaktoren (f) zu berücksichtigen. PG = PN + PWW + PZIRK + 4PSonstiges x f PG PN PWW PZIRK PS f

52

erforderliche Gesamtwärmeleistung (W) Normwärmebedarf des Objektes (W) Wärmeleistung für Warmwasserbereitung (W) Zirkulationsverluste (W) Leistung sonstiger Wärmeverbraucher (W) Gleichzeitigkeitsfaktor [ ]

Heizung

3 Auflagen für Energiequelle, Brennstofflager, ... 3 Öl, Gas, FW, Sonne, Biomasse, ...

Dimensionierung Wärmeerzeuger, Boiler, Puffer Platzbedarf für Kessel und Fang Schritt 4 Platzbedarf WP, Elektr. Anschluss, NT-Kollektor Platzbedarf UFO, Anschlusstrasse von Straße Platz am Dach, Optik, Rückmeldung zu Architekt 3 Wahl des passenden Heizsystems (MT, NT, Luft)

3 3 3 3 3

WARMWASSERBEREITUNG (PWW) (DIN 4708):

Die Erzeugung von Brauchwarmwasser im Durchflussprinzip erfordert meist wesentlich größere Leistungen als die Beheizung des Objektes. Zum Beispiel benötigt eine normale Dusche eine Wärmeleistung von etwa 20–25 kW (Kurzzeitleistung), eine moderne Wohnung aber nur ca. 5 kW zum Heizen (Dauerleistung). Gasthermen (Kombi-Gas-Wasserheizer) sind auf diesen Betrieb ausgelegt oder haben eingebaute kleine Warmwasserspeicher (Komfortgeräte). Bei zentraler Warmwasserbereitung ist es daher üblich, größere Warmwasserboiler vorzusehen, aus denen der kurzzeitige, stoßartige Warmwasserbedarf abgedeckt wird – die Ladung der Boiler erfolgt langsam über mehrere Stunden bei entsprechend geringerer Leistung des Wärmeerzeugers. Die Dimensionierung erfolgt gemäß DIN 4708. Für eine erste Grobauslegung kann man annehmen, dass die WW-Boiler in einem Wohnhaus für die Morgen- und Abendspitze ausgelegt werden und innerhalb von ca. 2–5 Stunden wieder geladen werden müssen. Durchschnittlicher jährlicher WW-Bedarf pro Wohnung mit 70 m2 und 3 Personen Belegung sind 30 m3 pro Jahr bei 55 °C. Das entspricht 80–100 Liter pro Tag und Wohnung mit etwa 30 Litern pro Person. Dies wird hauptsächlich zu 2/3 am Morgen und 1/3 am Abend verbraucht, sollte aus dem Boiler entnommen werden können und vom Wärmeerzeuger in 2–5 Stunden wieder nachgeladen werden. Dimensionierung auf Morgenspitze (2/3): Verbrauch pro Person 20 Liter Temperaturspreizung 50 K Nachladezeit 2 Stunden

Nachladezeit 2 Stunden: P = 4.200/2/3600 = 580 [W/Person]

bereich laufen. Meist macht man eine 1/3 : 2/3Aufteilung der beiden Kessel. PG = PW1 + PW2 ... + PWn

Zum Beispiel für City X.6: Boiler: 88 Wng x 3 Pers x 20 Liter = 5,3 m3 2 Stunden Nachladen: 88 x 3 x 580 W = 154 kW 5 Stunden Nachladen: 61 kW

PG PW1 PW2 PWi

Q = m x cp x dT = 20 x 4,189 x 50 = 4.200 [kJ/Person]

Der Platzbedarf für die Boiler im Heizraum darf nicht vergessen werden!

erforderliche Gesamtwärmeleistung [W] Wärmeleistung Wärmeerzeuger 1 Leistung Kessel 2 usw NICHT Solarenergie und nur beschränkt Wärmepumpe, da für deren Verfügbarkeit nicht garantiert werden kann

KESSELFOLGESCHALTUNG 2 ZIRKULATIONSVERLUSTE

Damit das warme Wasser in der Leitung nicht auskühlt, wird es ständig umgewälzt. Gemäß Fernwärme Wien muss man mit 150 W im Neubau bis 300 W im Altbau pro Wohnung rechnen. STILLSTANDSVERLUSTE

Darunter versteht man Wärmeverluste und Wirkungsgradeinbußen, die dadurch entstehen, dass sich der Kessel bzw. ein Wärmeerzeuger oftmals ein- und ausschalten muss. Das kommt dann vor, wenn die vom Gerät abgegebene Wärmeleistung größer ist als die vom Objekt benötigte Wärmemenge (Taktbetrieb). Um Takten, Stillstandsverluste und übermäßigen Verschleiß zu vermeiden, soll daher die Nennwärmeleistung nicht größer sein als der errechnete Gesamtwärmebedarf PG. KESSELFOLGESCHALTUNG 1

Besonders vorteilhaft ist es bei größeren Gebäuden, (z. B. PG > 100 kW) und wenn die Wärmeleistung für die Warmwassererzeugung stark vom Wärmebedarf des Gebäudes abweicht (PN >> PWW oder PN 65 m3/h je Person personenflächenbezogen bezogen [m3/h] [m3/(m3.h)] 40 4 60 6 20 10 bis 20 30 15 20 12 20 3 bis 12 30 8 +20 m3/h je Person

für für für für

< 5 % Unzufriedene 22 °d

weich mittelhart hart sehr hart

Die Erhöhung des Mineraliengehaltes, also der Einsatz einer Anlage zur Entsäuerung, ist bei weichem Wasser wegen der aggressiven Wirkung der freien Kohlensäure (Korrosion und Lochfraß) notwendig.

Das Unschädlichmachen von Kalk kann auf zwei verschiedene Arten erfolgen:

Die Methode der physikalischen Wasserbehandlung wird je nach Hersteller anders ausgeführt. Die Wirkung einiger Methoden, vor allem jene, die ausschließlich mit magnetischen Feldern arbeiten, ist umstritten. Andere arbeiten zusätzlich mit einem Granulat aus Aktiv-

Grundsatzentscheidungen, Grundlagen und Grobplanung

219



Abb. 37: Charakteristische Daten einer physikalischen Wasserbehandlung Quelle: Fa. Leytec, Stockerau, 2000

Abb. 38: Schema Physikalische Wasserbehandlungsanlage Quelle: Fa. Leytec, Stockerau, 2000 

Abb. 39: Schema Physikalische Wasserbehandlungsanlage Quelle: Fa. BWT, Mondsee, 2000  

Anzahl der Wohneinheiten Max. Rohrdurchmesser

1–2

3–6

bis 50

bis 130

bis 200

Zoll

2,5"

4"

4"

4"

4"

Behandlungszonen

Stück

2

2

4

8

16

Max. Durchfluss

m3/h

2*5 =10

2*7=14

4*7= 28

8*7= 56

16*7= 112

Elektroanschluss

V/Hz

230/50

230/50

230/50

230/50

230/50

Kosten (brutto)

EUR

1100,–

1700,–

3400,–

4900,–

7300,–

kohle, Kunstharz oder Flächenfiltern aus Kunststoff, welche den Wirkungsgrad der Geräte erhöhen. Ein Gerätehersteller empfiehlt die Montage außen am Rohr (Aufrohrmontage): Es erfolgt kein Eingriff ins Rohrsystem. Der Platzbedarf ist mit einer Gerätegröße von rund 15 x 20 x 8 cm vernachlässigbar. Hier eine Übersicht der Geräte nach der Projektgröße sortiert: Abb. 37, 38 Wie in der Grafik dargestellt, können mehrere Zonen hintereinander geschaltet werden; bei diesem Beispiel gleich nach der KW-Versorgungsleitung. Maximal könnten vier Zonen

kaskadiert werden, was zur vierfachen aufbereiteten Wassermenge führen würde. Andere Gerätehersteller schließen ihr Gerät direkt an die Verteilleitung an (Inrohrmontage). Bei einer Wassererwärmung über 60–70 °C wird ebenfalls ein weiteres Gerät nachgeschaltet oder es kommt ein Heißwassergerät zum Einsatz. Abb. 39, 40 2. Chemische Wasserbehandlung (Enthärtung) Aus Umweltgründen wird der Einsatz chemischer Wasserenthärtungsanlagen (Ionenaustauscher) auf jene Bereiche reduziert, in denen die physikalische Wasserenthärtung an ihre Grenzen stößt. Das ist vor allem in Teilbereichen der Gastronomie und Hotellerie, in dem das Wasser über eine Temperatur von 60–70 °C erwärmt wird (Kaffeemaschinen) und bspw. bei Durchlauferhitzern. In solchen Fällen ist es zweckmäßig, das Wasser für das einzelne Gerät chemisch aufzubereiten (Patrone unter der Kaffeemaschine) und für die anderen Bereiche die physikalische Aufbereitung heranzuziehen. Chemische Enthärtungsanlagen funktionieren nach dem Prinzip des Ionenaustausches. Im Wasser vorhandene Calcium- und Magnesiumionen werden an das Austauscher-Harz gebunden und gegen Natriumionen, welche durch Salz in die Anlage eingebracht werden, ausgetauscht. Diese Anlagen bedürfen einer regelmäßigen Wartung, bei der die Funktionstüchtigkeit überprüft und der Salzvorrat nachgefüllt werden muss. Abb. 41 Der Platzbedarf bei einer Enthärtung von Kalt- und Warmwasser für den gesamten Haushalt kann aus der folgenden Tabelle entnommen werden. Abb. 42 Hinter eine Aufbereitungsanlage ist meist ein Dosiergerät geschaltet, welches Mineralstoff-

220

Sanitär

Anzahl der Wohneinheiten Rohrdurchmesser

Zoll

Durchflussstärke

m 2/h cm

Breite Blockmaße

1–2

3–4

bis 8

bis 15

bis 24

3/4"/ 1 1/2"

1 1/2"

1 1/2"

2"

2"

1,5 / 2,5

5,6

8,4

11,2

14

47

56

56

83

83

Tiefe

cm

33

51

51

51

51

Höhe

cm

106

135

135

134

134

Abb. 40: Charakteristische Daten einer physikalischen Wasserbehandlung Quelle: Fa. BWT, Mondsee, 2000

Elektroanschluss

V/Hz

230/50

230/50

230/50

230/50

230/50

Kosten (brutto)

EUR

2.545,--

5.030,--

6.975,--

9.370,--

12.200,--

kombinationen aus Phosphaten in Lebensmittelqualität zufügt. Erreicht wird dadurch eine zusätzliche Vorbeugung vor Korrosion durch eine Innenrohrversiegelung und eine Verhinderung der Kalksteinbildung durch eine Härtestabilisierung.



Umgehungsleitung Absperrarmatur Zentralsteuerventil

Feinfilter

Dosiergerät

3. Wasserdesinfektion bzw. -entkeimung Trinkwasser muss entsprechend frei von pathogenen, d. h. krankheitserregenden Keimen sein und darf nur geringe Mengen an unschädlichen Keimen aufweisen. Werden diese Anforderungen nicht erreicht, so ist die Keimzahl durch eine Aufbereitung wie Chlorung, UV-Desinfektion, Ozonung oder Sterilfiltration zu reduzieren. Die Ultraviolett-Desinfektion hat den großen Vorteil, dass sie die Wasserzusammensetzung praktisch nicht verändert und ausschließlich Bakterien und Keime inaktiviert. Es wird ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 254 nm eingesetzt. Enthält das Wasser Trübstoffe, Anzahl der Wohneinheiten

Austauscher

Soleventil

Kanal

Sole

Diese muss durch bauliche Maßnahmen (z. B. Pufferbehälter) sichergestellt werden bzw. ist bei der Planung zu berücksichtigen. Gechlortes Wasser hat eine Depotwirkung gegenüber Wiederverkeimung und kann auch in problematischen Versorgungsgebieten eingesetzt werden.

2

3

4

5

6

7–8

Durchfluss

max. 1

m3

5,6

8,4

12

14

17,6

22

m3

6,6

9,5

10

9,5

11,5

11

Blockmaße

max. 2 Breite

cm

145

175

200

200

225

250

Tiefe

cm

90

100

120

120

120

150

Höhe

mm

210

210

210

230

230

230

Elektroanschluss

V/Hz

Salz



Abb. 41: Schema Chemische Wasserenthärtungsanlage



Abb. 42: Charakteristische Daten einer chemischen Wasserenthärtungsanlage

220/50 220/50 220/50 220/50 220/50 220/50

1 bei spezifischer Belastung von 40 l/h Weichwasser/Liter Harz 2 bei Druckverlust von p = 1,5 bar

Eisen-Ionen, organische Substanzen usw. so verschlechtert sich der UV-Wirkungsgrad drastisch. Eine umfangreiche Voraufbereitung bzw. eine geänderte Auslegung sind in diesen Fällen unerlässlich. Bei der Chlorung wird das Wasser mit Chlorbleichlauge, Chlorgas oder Chlordioxid behandelt, sodass im behandelten Wasser Anteile von freien Chlor (0,1–0,3 mg/l) vorhanden sind. Chlor benötigt zur einwandfreien Desinfektion eine Reaktionszeit von mindestens 30 Minuten.

Ozon ist das stärkste Desinfektionsmittel in der Trinkwasseraufbereitung. Die Erzeugung von Ozon erfordert einen hohen apparativen Aufwand, wodurch diese Art der Aufbereitung nur für zentrale und große Wasserversorgungsanlagen sinnvoll ist. Die Sterilfiltration wird auf Grund ihrer hohen Kosten überwiegend nur im klinischen Bereich eingesetzt. Nur die Bakterienfiltration ist eine echte Entkeimung, d. h. die Keime werden aus dem Wasser entfernt. Alle anderen Verfahren bewirken die Desinfektion des Wassers

2 bei spezifischer Belastung von 40 l/h Weichwasser/Liter Harz 3 bei Druckverlust von p = 1,5 bar

Grundsatzentscheidungen, Grundlagen und Grobplanung

221

Abb. 43: UVDesinfektionsanlage Quelle: Fa.BWT, Mondsee, 2000 



Abb. 44: Charakteristische Daten einer UV-Desinfektionsanlage Quelle: Fa. BWT, Mondsee, 2000

222

(Abtötung der Keime), die abgetöteten Keime verbleiben im Wasser. Häufig eingesetzt werden die UV-Desinfektionsanlagen wegen ihrer hohen Sicherheit und ihres Auskommens ohne Chemikalien. Die Anlage besteht aus der Edelstahlbestrahlungskammer, in die ein Turbulator eingebaut ist, um eine möglichst gleichmäßige Bestrahlung der Flüssigkeit sicherzustellen. Darin befinden sich in Quarzschutzrohren die UV-Strahler, die eine Mindestbestrahlungsstärke von 400 J/m2 aufweisen. Zur Anlagenüberwachung und -steuerung ist eine ElektronikEinheit erforderlich. Abb. 43 Nach der Größe der Transmission und dem maximalen Durchfluss richtet sich der erforderliche Anlagentyp. Hier eine Übersicht mit dem erforderlichen Platzbedarf, wobei festzuhalten ist, dass für den Strahlerwechsel bei 80 W-Röhren zusätzlich 1 m und bei 100 W-Röhren 1,3 m erforderlich sind. Abb. 44

Inhalt und 2 kW Nennleistung können an eine Steckdose angeschlossen werden; darüber hinaus ist ein eigener Stromkreis mit einem ortsfesten Elektroanschluss vorzusehen. Wird das Warmwasser wohnungsweise erwärmt (Etagenversorgung), kommt am häufigsten Gas, seltener Strom (Elektrospeicher oder -boiler) zum Einsatz.

Anzahl der Wohneinheiten Anschlussnennweite

bis 45 2 1/2" 65 19,3 53 53 120 3x80 W 30 12 30 230/50 6.500,–

Durchfluss Maße Bestrahlungskammer

max. Breite Tiefe Höhe Anzahl der Strahler Blockmaße Breite Elektronik Tiefe Höhe Elektroanschluss Kosten (brutto)

Zoll DN m cm cm cm Stk. cm cm cm V/Hz EUR

1-2 1 1/4" 32 4,3 13 13 102 1x 80 W 20 12 40 230/50 3.000,–

3-6 2" 50 6,8 13 13 131 1x100 W 20 12 40 230/50 4.000,–

Bei der Zentralversorgung ist die Auswahl an Energieträgern die Größte: Gas, Öl, Fernwärme (konventionell) bzw. Holz und Solarenergie (alternativ). Die Versorgung mit Hilfe einer Wärmepumpe basiert indirekt auf der Sonnenenergie; dem erwärmten Erdreich bzw. der erwärmten Umgebung, meist dem Kellerraum, wird mittels einer Wärmepumpe Energie entzogen und auf ein anderes Medium (Trinkwasser) bei höheren Temperaturen übertragen. Die Warmwassererzeugung mittels Solarkollektoren deckt weitgehend den Wärmebedarf im Sommer ab. In den übrigen Jahreszeiten muss man durch andere Wärmeerzeuger die erforderliche Energiemenge aufbringen.

bis 120 3" 80 35,5 55 55 150 3x100 W 60 21 60 230/50 9.000,–

bis 330 4" 100 78,4 65 65 153 6x100 W 60 21 60 230/50 13.000,–

Warmwasserbereitung Je nach Anforderungen des Haustechnikkonzeptes und den vorhandenen Möglichkeiten zur Warmwassererwärmung (Strom, Gas, Öl etc.) können sowohl zentrale als auch dezentrale Geräte zur Versorgung der Bedarfsstellen mit warmem Wasser eingesetzt werden. Abb. 45

Pro m2 Kollektorfläche können etwa 50 l Heizöl pro Jahr oder Äquivalenzmengen anderer Brennstoffe eingespart werden. Pro Person ist grob mit 1,5 bis 2 m2 Kollektorfläche zu rechnen. Das Speichervolumen sollte mit etwa 50–70 l/m2 Kollektorfläche angenommen werden.

Bei der dezentralen Warmwasserbereitung wird als Energieträger meistens Strom zur Erwärmung eingesetzt. Kleinere Geräte bis 12 Liter

Die Etagenversorgung oder Zentralversorgung durch nur ein Gerät ist meist ökonomischer als die dezentrale Versorgung (= Gruppen- bzw.

Sanitär

Einzelversorgung). Steigt die Rohrleitungslänge über 6 m zwischen Gerät und Zapfstelle, so ist die Einzelversorgung die wirtschaftlichere Variante. In solchen Fällen wird beispielsweise ein Untertischboiler in der Küche montiert. Lange Warmwasserleitungen sind wegen der Energieverluste (Auskühlen des Wassers in der Rohrleitung) und der Wasserverluste (Ablassen des kalten Wassers bevor temperiertes ausfließt) unzweckmäßig. Dies kann durch Zirkulationsleitungen oder elektrische Begleitheizungen vermieden werden. Abb. 46 Die Vor- und Nachteile beider Systeme halten sich die Waage, nur bei solarer Warmwassererzeugung ist meist der Zirkulationsleitung der Vorzug zu geben. Bezüglich der Kesselleistung ist festzuhalten, dass für eine 100 m2-Wohnung eine Heizleistung von 3–10 kW bei einer Außentemperatur von –12 °C notwendig ist. Die 3 kW fallen für ein Passivhaus an, die 10 kW für ein normal gedämmtes Haus. Im Vergleich dazu sind für die Erwärmung des Duschwassers im Durchflussprinzip 25 kW Leistung erforderlich. Diese Leistung ist kurzfristig viel höher als jene, die der Kessel konstant zum Heizen benötigt. Deshalb werden Speicher zwischengeschaltet, in denen das Wasser langsam aber konstant

erwärmt wird und aus denen Spitzenlasten gedeckt werden können. Sie sind auch die Voraussetzung für den Betrieb einer Solaranlage. Die Sonne liefert laufend Wärme; die Entnahme



Abb. 45: Schematische Darstellung der Warmwasser-Versorgungsarten unter Bezug auf die verschiedenen Energieträger 

Abb. 46: Schematische Darstellung einer Zirkulationsleitung und einer elektrischen Begleitheizung

Grundsatzentscheidungen, Grundlagen und Grobplanung

223

erfolgt aber stoßartig und nicht zwingend zu den Sonnenscheinzeiten. Für die Dimensionierung des Warmwasserbereiters (Wärmebedarf bzw. Heizleistung und Speichergröße) können mehrere Methoden angewendet werden, welche zu recht unterschiedlichen Ergebnissen führen. Vorab sei festgehalten, dass für Einfamilienhäuser ein Speicherinhalt von rund 80–200 l, für Zweifamilienhäuser von 200–300 l notwendig ist. a) Dimensionierung der Warmwasserbereitung laut Tabelle Die bequemste Methode ist das Heraussuchen beider Werte aus einer Tabelle. Man geht davon aus, dass das Kaltwasser eine Temperatur von 10 °C hat und in ca. zwei Stunden (Spitzenbedarfszeit) aufgeheizt werden soll. Weiters ist die Tabelle auf Durchschnittswohnungen von 2–3 Zimmern und 3 Personen bzw. 31/2 Zimmern und 3–4 Personen sowie einer Ausstattung je Wohnung mit einer Badewanne, einem Waschtisch und einer Abwasch beschränkt. Abb. 47 

Abb. 47: Aufstellung zur Ermittlung von Speichergröße und Wärmebedarf Quelle: Fa. Schiff & Stern, Wien, 2000

Die Speichergröße V ist abhängig von der erforderlichen Kesselleistung PK (großer Speicher – kleine Kesselleistung – lange Aufheizzeiten, kleiner Speicher – große Kesselleistung – kurze Aufheizzeiten).

PK =

Speichergröße [l] bei

PWW . Z B Z A + ZB

Die Betriebszeit ZB ist üblicherweise gleich groß wie die Aufheizzeit ZA und wird mit 2 Stunden angenommen. Die Speichergröße V ergibt sich aus:

V=

(PWW . Z B − PK . Z B) . 3600 [l] c .∆ t

3 1/2 Zimmer und 3–4 Personen/Wohnung

2–3 Zimmer und 3 Personen/Wohnung Anzahl der Wohnungen n

Leistung des Wärmetauschers Q [kW]

Speichergröße [l] bei

Leistung des Wärmetauschers Q [kW]

50 °C

60 °C

70 °C

50 °C

60 °C

70 °C

15

1000

800

600

23

1250

1000

800

30

25

1500

1250

1000

35

2000

1500

1250

40

40

2000

1500

1250

45

2500

2000

1500

65

70

3000

2500

2000

70

4000

3000

2500

95

110

4500

3500

3000

100

2*3000

4500

4000

130

150

2*3000

5000

4000

130

2*4000 2*3000

5000

175

210

2*4000 2*3000

5000

175

2*5000 2*4000 2*3500

230

b) Dimensionierung der Warmwasserbereitung laut Riccabona Die erforderliche maximale Warmwasserleistung Pww ergibt sich aus der Annahme von einem Vollbad je Stunde und Wohnung.

m = Masse des Wassers in kg (für 1 Bad ca. 170 l) c = spezielle Wärmekapazität von Wasser = 4,2 kJ/kg/K t = Aufheiztemperatur von 10 auf 40 °C = 30 K

224

X = Gesamtwirkungsgrad vom Kessel (ca. 0,8), Strangverlusten (ca. 0,9) etc. Er beträgt im Extremfall bei Winterbetrieb ca. 0,78, bei Sommerbetrieb ca. 0,30, wird also für die Berechnung durchschnittlich mit 0,50 angenommen.

Sanitär

c) Dimensionierung der Warmwasserbereitung laut DIN 4708 Teil 2 Der DIN 4708 Teil 2 wird ebenfalls eine aus statistischen Werten ermittelte Zahl der Wohnungsbelegung zugrundegelegt. Diese wird mit Hilfe der Anzahl der Räume aus der folgenden Tabelle entnommen. Abb. 48 Man geht auch von einer Normal- bzw. Komfortausstattung einer Wohnung für die Warmwasser-Bedarfsermittlung aus, wobei zu einer Normalausstattung eine Badewanne oder Dusche, ein Waschtisch und eine Abwasch zählt. Bei der Komfortausstattung sind in der Wohnung vorhanden: 1 Badewanne, 1 Dusche,

Raumzahl r Belegungszahl p

1 1/2

1 2,0

1

2,0

1

2 2,0

1

2 1/2

3

3 1/2

4

4 1/2

5

5 1/2

6

6 1/2

7

2,3

2,7

3,1

3,5

3,9

4,3

4,6

5

5,4

5,6

1 Sind in dem zu versorgenden Wohngebäude überwiegend 1- und/oder 2-Zimmerwohnungen

vorhanden, so ist die Belegungszahl p für diese Wohnungen um 0,5 zu erhöhen.

1 Waschtisch, 1 Bidet, 1 Abwasch und für ein Gästezimmer 1 Badewanne oder Dusche, 1 Waschtisch und 1 Bidet. Der Zapfstellenbedarf wv der in der Berechnung eingesetzten Zapfstellen für erwärmtes Wasser ist der unten angeführten Tabelle zu entnehmen. Abb. 49 Dabei ist zu beachten, dass jeweils nur der höchste Zapfstellenbedarf heranzuziehen ist. Bei einer nicht räumlichen Trennung von Badewanne und Dusche, d. h. eine gleichzeitige Benutzung ist nicht möglich, wird also nur der Zapfstellenbedarf der Badewanne eingesetzt. In diesem Sinne bleiben Waschtisch, Bidet und Küchenspüle beim Vorhandensein einer Badewanne unberücksichtigt. Für die Ausstattung der Gästezimmer wird bei der Badewanne die Hälfte des Zapfstellenbedarfs und bei der Dusche, dem Waschbecken und dem Bidet der gesamte Zapfstellenbedarf einbezogen. Die Bedarfskennzahl N ergibt sich nun aus dem Summenwärmebedarf aller Wohnungen

Sanitäre Ausstattung Badewanne Badewanne Kleinraum-Wanne und Stufenwanne Großraum-Wanne (1800 x 750 mm) Brausekabine mit Mischbatterie und Sparbrause Brausekabine mit Mischbatterie und Normalbrause 2 Brausekabine mit Mischbatterie und Luxusbrause 3 Waschtisch Bidet Handwaschbecken Spüle für Küchen



(Produkt von Raumzahl r, Belegungszahl p, Zapfstellenzahl v, Zapfstellenbedarf wv) dividiert durch die Normbelegungszahl p (= 3,5) und den Normzapfstellenbedarf wv (= 5820) der Einheitswohnung.

N=

Abb. 48: Ermittlung der Belegungszahl Quelle: DIN 4708 Teil 2, Zentrale Wassererwärmungsanlagen, 1984

4 (n . p . v . wv ) = 4 (n . p . v . wv ) p . wv

3,5 . 5820

Mittels der Bedarfskennzahl N ist der Wassererwärmer nach der in den Herstellerunterlagen angegebenen Leistungskennzahl NL auszuwählen, wobei die Leistungskennzahl größer oder zumindest gleich groß wie die Bedarfskennzahl sein muss. Hebeanlage Hebeanlagen dienen zur Gebäude- und Grundstücksentwässerung, wenn das Abwasser unterhalb des Kanalniveaus und/oder unterhalb der Rückstauebene anfällt.

Kurzzeichen

Entnahmemenge je Benutzung [l]

Zapfstellenbedarf wv [Wh]

NB 1 NB 2

140 160

5820 6510

KB

120

4890

GB

200

8720

BRS

40

1

1630

BRN

90

1

3660

BRL

180 1

7320

WT BD HAT SP

17 20 9 30

700 810 350 1160



Abb. 49: Ermittlung des Zapfstellenbedarfs wv Quelle: DIN 4708 Teil 2, Berlin, 1984

1 Entspricht einer Benutzungszeit von 6 Minuten 2 Armaturen-Durchflussklasse A nach DIN EN 200 3 Armaturen-Durchflussklasse C nach DIN EN 200

4 Sind in dem zu versorgenden Wohngebäude überwiegend 1und/oder 2-Zimmerwohnungen vorhanden, so ist die Belegungszahl p für diese Wohnungen um 0,5 zu erhöhen.

Grundsatzentscheidungen, Grundlagen und Grobplanung

225

Rückstau entsteht, wenn Abwasserkanäle aufgrund starker Regenfälle planmäßig vollaufen. Dabei füllen sich die Leitungen der Gebäudeund Grundstücksentwässerungsanlagen bis zur Höhe der Rückstauebene. Unter der Rückstauebene liegende Ablaufstellen müssen daher gegen Rückstau gesichert werden. Nach EN 12056-4 wird die Rückstauebene von den örtlichen Behörden festgelegt; liegen keine Angaben vor, so gilt in ebenem Gelände die Straßenoberfläche an der Anschlussstelle als Rückstauebene.



Abb. 51: Charakteristische Daten von Hebeanlagen Quelle: Fa. Purator, Wien, 1999

Abb. 50: Aufstellmöglichkeiten von Hebeanlagen 

Installationsart frei, direkt hinter dem WC

Folgende Angaben benötigt man, um eine Hebeanlage zu dimensionieren: ■

Art und Zahl der angeschlossenen Sanitärgegenstände ■ Fördermenge Q [m3/h bzw. l/s] ■ Höhe der Rückstauebene ■ Senkrechte Leitungslänge/Förderhöhe [m] ■ Waagrechte Leitungslänge [m] Hier ein Überblick über erhältliche Geräte: Abb. 51

Einsatzbereich

Platzbedarf B/H/T [cm]

Preise (brutto)

Wohnung

42/29/20

EUR 800,–

bodengleiche oder abgesenkte Aufstellung des Pumpenbehälters in eigenem Raum

Ein- oder Zweifamilienhaus

80/90/73

EUR 3.300,– bis 6.200,–

bodengleiche oder abgesenkte Aufstellung des Pumpenbehälters in eigenem Raum

Wohnanlagen, Großhotels, Schulen

Bei Hebeanlagen handelt es sich um Pumpen, die je nach Typ Schmutzwasser mit oder ohne Fäkalien bzw. Grund- und Regenwasser auf Straßenkanalniveau fördern. Einige Pumpen sind mit Schneidwerkzeug ausgerüstet, um Grobstoffe zu zerkleinern und sie dann störungsfrei durch die Druckleitung zu fördern. Es gibt auch Kombigeräte, bei denen die Pumpe mit anderen Funktion verbunden wird, wie z.B. mit einem Bodenablauf. Abb. 50 Rückstauschleife mit Sohle über die Rückstauebene führen

je Behältergröße EUR 6.000,– (150–800 l) bis 8.500,–

Druckerhöhungsanlage Der in einem Wasserversorgungsnetz vorhandene Druck ist oft für einzelne Verbraucher oder für ganze Gebiete nicht ausreichend. Ursache dafür kann eine zu hohe Lage der Verbraucher (hochgelegene Standorte, Hochhäuser) sein oder ein für extreme Verbrauchswerte nicht ausreichend dimensioniertes Zuleitungsnetz, in dem zu hohe Druckverluste auftreten.

Entlüftungsrohr bis über Dach führen Steueranlage

Rückstauschleife mit Sohle über die Rückstauebene führen

Rückstauebene Rückstauebene

Druckleitung Druckleitung

Rückschlagklappe

Pumpe

Abwassertauchmotorpumpe

Sammelbehälter

226

Sanitär

separate Rückschlagklappe

Pumpensumpf für Entwässerungspumpe

2

1

3 4

5



Abb. 52: Schema einer Druckerhöhungsanlage

Pa Pe

6

7 1 2 3 4 5

8

9

Verbrauchsleitung ohne Druckerhöhung Umgehungsleitung Verbrauchsleitung mit Druckerhöhung Druckpulsgeber Einrichtung zur automat. Luftpolsterregelung

6 7 8 9 10

Meist sind beide Faktoren gemeinsam der Grund dafür, dass der geforderte Mindestauslaufdruck von 1,5 bar (also „am Hahn“) dauernd oder nur zeitweise unterschritten wird. In diesem Fall muss eine Druckerhöhungsanlage eingebaut werden. Eine solche Anlage wird auch vorzusehen sein, wenn Verbraucher z. B. für gewerbliche Zwecke oder für Feuerlöschanlagen einen höheren Druck als 1,5 bar benötigen. Diese besteht im wesentlichen aus dem Membranspeicher, aus dem das Wasser entnommen wird, und der Pumpe, die das Wasser unter Druck fördert. Abb. 52 Mit Hilfe des max. Wasserbedarfs, der geodätischen Höhe des Objekts und dem Vordruck (beim Wasserwerk zu erfragen) wird die Anlage ausgelegt; die erforderliche Druckerhöhung wird ermittelt. Bei Hochhäusern ist es meistens notwendig, die Wasserversorgung in mehrere Druckzonen zu unterteilen und/oder pro Stockwerk ein Druckreduzierventil vorzusehen. Der Platzbedarf ist anlagenabhängig, insbesondere kommt es auf die Pumpenanzahl und die Größe des Druckspeichers an. Abb. 53 Platzbedarf: Eine Anlage mit 2 Pumpen und 2 x 300 l Membranspeicher benötigt 2 x 1,6 x

10

Versorgungsleitung Anschlussleitung Verteilungsleitung auf der Vordruckseite Druckerhöhungsanlage Verteilungsleitung an der Enddruckseite

1,7 m (l x b x h), kommt nur ein 300 l-Speicher zum Einsatz so verringern sich die Maße auf 1 x 1 x 1,2 m.

2.1.5 Peripherie am Grundstück Die Komponenten, die aufgrund der Lage des Gebäudes bzw. des gewählten HaustechnikKonzeptes am Grundstück unterzubringen sind, können sein: Wassermesserschacht möglichst Nahe der Grundgrenze, mit einem / mind. 60 cm bzw. 60 x 60 cm, Höhe Einstieg O des Schachtes mind. 1,60 m, Wassereinführung wegen Frostsicherheit ca. 1,70 m unter der Erde, Schachtsohle 30 cm unter der Zuleitungsrohrmitte, also ca. 2,0 m unter der Erde. Die Länge und Breite des Schachtes selbst entspricht der Unterbringung des Zählers im Gebäude (siehe Haustechnik-Räume/Wasserzähleranlage). Sickerschacht mind. O / 150 cm, auf gut wasserdurchlässigem Boden. Diesbezüglich ist ein Gutachten eines Bodenmechanikers notwendig.

m3/h

66

150

200

260

280

Druckerhöhung

bar

15

10

10

15

2,2

Pumpenanzahl

Stk.

1–3

1–3

1–4

1–4

1

Druckspeicher

l

Fördermenge

200–600 300–1500 100–300 100–300 60–300

Grundsatzentscheidungen, Grundlagen und Grobplanung



Abb. 53: Charakteristische Daten einer Druckerhöhungsanlage. Quelle: Fa. VOGEL Pumpen, Stockerau, 2000

227

Regenwassersammelbehälter Bei der unterirdischen Lagerung des Regenwassers in einem Erdspeicher ergibt sich die Tiefe der Baugrube aus der Behälterhöhe und der Höhe der örtlichen Frostgrenze (0,5 bis 1,2 m). Kleinkläranlage Bezüglich der Lage der Kläranlage sind die folgenden drei Punkte zu beachten: ■

Keine Beeinträchtigung der Umwelt, insbesondere durch Geruch, Lärm und Verunreinigung aller Art

■

Aus Wartungsgründen kein Einbau in Verkehrsflächen

■

Möglichkeit einer Zufahrt zur Schlammentnahme

Detaillierte Vorschriften diesbezüglich sind der jeweiligen Bauordnung zu entnehmen. In Wien ist beispielsweise zur Nachbargrenze ein Abstand von mindestens 4 m gefordert. Bezüglich der Zufahrt zur Schlammentnahme darf eine maximale Distanz von 35 m zum Aufstellungsplatz des Räumfahrzeuges nicht überschritten werden. Wird eine Pflanzenkläranlage eingeplant, so ist mit einem Platzbedarf von (2 bis) 5 m2 je Einwohnerwert für den bewachsenen Bodenfilter (z. B. Schilfbecken) zu kalkulieren.

228

Sanitär

2.2 Dimensionierung und Planung 2.2.1 Trinkwasserversorgung Nach der Planung des sanitären Ausbaugrades, d. h. der Anzahl und Lage der Sanitärgegenstände, sind folgende Arbeitsschritte notwendig: 1. Festlegung der Leitungsführung a) je Einheit (z.B. Wohnungstyp) im Grundriss und Aufriss (Einzelschemata) b) Gesamtschema der Schächte (Übereinander Anordnen der einzelnen Einheiten, Strangschema) 2. Dimensionierung der Rohrleitungen a) Bestimmung des Wasserbedarfes: Belastungswert (BW), Durchflussstärke (Qn) getrennt für Kalt- und Warmwasser (Eintragen in Einzelschemata, Summieren für Stockwerks-, Steig- und Verteilungsleitung) b) Festlegung der maximalen Fließgeschwindigkeit (v) in Rohren in Abhängigkeit von deren Lage c) Rohrdimensionierung zufolge Qn und Fließgeschwindigkeit v

d) Rohrdimensionierung zufolge Qn und Druckverlust e) Vergleich mit Mindestnennweiten f) Genormte Rohrdimensionen g) Dimensionierung der Rohrisolation 2.2.1.1 Bestimmungen für Planung und Ausführung Bezeichnung der Leitungen mit Lage der Absperreinrichtungen Abb. 54 2.2.1.2 Festlegung der Leitungsführung und Materialwahl Bei Planungen von größeren Anlagen mit mehreren Einheiten ist es wichtig, eine sinnvolle, eindeutige Bezeichnung bzw. Nummerierung der Wohnungstypen, sowie Schächte und Verteilungsleitungen (falls mehrere vorhanden) vorzunehmen. Üblicherweise wird bei der Planung der Leitungsführung die Wasserversorgung gleichzeitig mit der Wasserentsorgung durchgeführt. a) Leitungsführung je Einheit Die Leitungen sollen möglichst kurz gehalten werden. Wie im folgenden Beispiel (Projekt GEBÖS, City X.6, 10., Katharinengasse, Wohnungstyp TYP 10, Schacht S 16) zu sehen ist, 

Abb. 54: TrinkwasserVersorgungsleitungen mit Lage der Absperreinrichtungen

Dimensionierung und Planung

229

Abb. 55: Grundrissausschnitt des Projektes Katharinengasse, City X.6 

wurde deshalb die Kaltwasserleitung zur Waschmaschine im Fußboden verlegt. Die Rohrleitung wird in solchen Fällen wegen der erhöhten Beschädigungsgefahr in einem Schutzrohr geführt (Rohr in Rohr-Verlegung). Die Abwasserleitung musste aufgrund des nötigen Gefälles von mind. 2 % und des Rohrquerschnittes von DN 50 in der Wand verlegt werden; eine Unterbringung im Fußbodenaufbau war nicht möglich. Abb. 55

TYP 10/OG1 – OG3/WOHNUNG – QUERTRAKT/S16

Abb. 56: Aufrissausschnitt des Projektes Katharinengasse, City X.6

Bei der Darstellung im Aufriss werden alle Verbraucher einer Einheit zur besseren Übersichtlichkeit nebeneinander, ähnlich einer Wandabwicklung, angeführt. Das erleichtert das Summieren der Belastungswerte (siehe Kapitel Dimensionierung der Rohrleitungen), die Ablesung der Anzahl der Sanitärgegenstände, die Eintragung der Rohrquerschnitte und der Absperreinrichtungen. Auch hier wird graphisch die Rohr-in-Rohr-(RiR) Verlegung hervorgehoben. Abb. 56



TYP 10/OG1 – OG3/WOHNUNG – QUERTRAKT/S16

b) Gesamtschema der Schächte Abb. 57: Aufrissausschnitt des Projektes Katharinengasse, City X.6 Zur Erstellung des Strangschemas werden die Einheiten schachtweise übereinander angeordnet. Wie man erkennen kann, handelt es sich bei der Wohnung im 4. und 5. OG um eine Maissonette. Mit Hilfe dieses Schemas können die Belastungswerte (BW) für jeden Schacht und auch die Verteilungsleitung schrittweise summiert werden. Die Dimensionen der Leitungen, die in der oben angeführten Graphik bereits eingetragen sind, werden nach den Grundsätzen der folgenden Kapitel ermittelt. Wie beim Schacht S 16 eingetragen (bis zum 2. OG 40/40/10, dann auf 32/32/10 reduziert), kann die Rohrdimension an die notwendigen Belastungswerte angepasst und somit variiert werden. Materialwahl Als Rohrmaterial kommen für Verteil- und Steigleitungen hauptsächlich verzinkte Stahlrohre (Gewinderohre) zur Anwendung; Stockwerksleitungen werden meist aus Kunststoff (Polypropylen) ausgeführt. Aufgrund elektrochemischer Korrosion ist es verboten, unterschiedlich edle Metalle in einem Rohrnetz zu verwenden: eine Kombination von Kupfer und Stahl ist unzulässig! 2.2.1.3 Dimensionierung der Rohrleitungen Die Bemessung der Kalt- und Warmwasserleitungen muss so durchgeführt werden, dass an jeder Entnahmestelle eine ausreichende Wasserversorgung gesichert ist, der erforderliche Fließdruck immer vorhanden ist und die zulässigen Fließgeräusche in den Rohren nicht überschritten werden. Die Berechnung (lt. ÖNORM B 2531-2) wird mit Hilfe der Durchflussstärke (Qn) bzw. des Belastungswertes (BW) und der zulässigen Fließgeschwindigkeit durchgeführt: a) Belastungswert (BW), Durchflussstärke (Qn) Die Durchflussstärke (Qn) von Rohrleitungen mit n-Entnahmestellen richtet sich nach den Einzeldurchflussstärken (Qi) der Auslaufgarnituren und der Gleichzeitigkeit der Wasserentnahmen. Abb. 58

230

Sanitär



Abb. 57: Aufrissausschnitt des Projektes Katharinengasse, City X.6

Bei Büro- und Wohngebäuden kann man davon ausgehen, dass niemals alle Entnahmestellen gleichzeitig geöffnet sind. Die Gleichzeitigkeit der Wasserentnahmen wird nach ÖNORM B 2531-2 als Wurzel aus der Summe der Quadrate der einzelnen Durchflussstärken Qi [l/s] ermittelt.



Abb. 58: Durchflussstärke

Qn = Q12 + Q2 2 + ... + Qn2 [ l /s ]

Art der Entnahmestelle:

BW

Q[l/s]



0,25

0,125

Abb. 59: Belastungswerte und Durchflussstärken

0,5

0,175

1

0,25

2,5

0,4

WC-Spülkasten Bidet Urinal Waschtisch, Handwaschbecken Handbrause DN 10 Durchlauf-Wasserheizer bis 17,4kW Auslaufventil 3/8" (DN 10) Küchenspüle Brause 1/2" (DN 15) Durchlauf-Wasserheizer bis 22,7kW Haushalts-Waschmaschine Haushalts-Geschirrspülmaschine Auslaufventil 1/2" (DN 15) Badewanne (einschließlich Brause) Gewerbliche Wasch- und Geschirrspülmaschinen Druckspüler 1/2" (DN 15)

6

0,6

Druckspüler 3/4" (DN 20)

11

0,8

Auslaufventil 3/4" (DN 20)

16

1

Dimensionierung und Planung

231

Zur Vereinfachung ist aber auch die Rechnung mit Belastungswerten (BW) üblich, dann entfällt das Quadrieren: 1 BW = 16 Q2

Qn = 0,25 . BW1 + BW2 + ... + BWn [ l /s ] Mit Hilfe der Durchflussstärke oder dem Belastungswert und der zulässigen Fließgeschwindigkeit kann die Rohrdimensionierung erfolgen. Die Tabelle (Abb. 59) beinhaltet Belastungswerte und Durchflussstärken für charakteristische Auslässe. Einzelne Entnahmeeinrichtungen, welche sowohl die Entnahme von Kalt- und Warmwasser als auch von Mischwasser ermöglichen, z. B. Spülen, Wannen, Brausen usw., sind in Bezug auf ihre Belastung sowohl für Kalt- als auch für Warmwasser mit dem vollen Belastungswert (z. B.: Waschtisch 0,5 BWKW + 0,5 BWWW) einzusetzen. Abb. 60



Abb. 60: Aufstellung der KW-, WW-, und AWBelastungswerte des Projektes Katharinengasse, City X.6

Typ 10 – S16 – RG BW(KW)

6,25

BW(WW)

4

BW(AWs)

7

d = 35,7 .

d = lichte Rohrweite [mm] Q = Durchflussstärke [l/s] v = Fließgeschwindigkeit [m/s] Üblicherweise wird aber folgende Tabelle (nach ÖNORM M 5611) herangezogen: Abb. 61 d) Rohrdimensionierung zufolge Qn und Druckverlust Bei der Entnahme von Wasser sinkt der Druck im gesamten Verteilersystem. Der Ruhedruck

ABWASSERANSCHLUSSWERT (AWs) siehe Kapitel Dimensionierung der SchmutzwasserRohrleitungen

KW

WW

Badewanne

2,5

2,5

1

Handwaschbecken

0,5

0,5

0,5

Waschmaschine

1

0

1

WC-Spülkasten

0,25

0

2,5

Küchenspüle

1

1

1

Geschirrspüler

1

0

1

6,25

4

7

b) Maximale Fließgeschwindigkeit (v) in Rohren Zur Vermeidung von Fließgeräuschen in den Rohrleitungen und um den Druckverlust gering zu halten, ohne aber unwirtschaftlich große Rohrdimensionen einzusetzen, soll die Fließgeschwindigkeit bei Hausinstallationen 1 bis 2 m/s betragen. 3 m/s dürfen keinesfalls überschritten werden. Richtwerte (Maximalwerte): 1,2 m/s Stockwerksleitungen 1,5 m/s Steigleitungen 2,0 m/s Verteilungsleitungen 2,5 m/s Isolierte Verteilungsleitungen

Sanitär

 Qv

mit

Anschlüsse

BW

232

c) Rohrdimensionierung zufolge Qn und Fließgeschwindigkeit (v) Zur Abschätzung (Vordimensionierung) und bei kleinen Anlagen kann der nötige Rohrdurchmesser mit folgender Formel bzw. mit Hilfe der unten angeführten Tabelle bestimmt werden:

AWs

beim geschlossenen System liegt also höher als der Fließdruck. Zur einwandfreien Funktion der angeschlossenen Geräte und Armaturen ist laut ÖNORM B 2531 für alle normalen Auslaufstellen, wie z. B. WC, Bidet, Wannen, Spülen usw. ein Mindestdruck von 0,5 bar und ein Maximaldruck von 6 bar vorgeschrieben. Eingehalten und der Rechnung zugrunde gelegt werden sollte aber ein Fließdruck von 1,5 bar, da alle gängigen Geräte und Thermostatventile bei diesem Druck optimal funktionieren.

Durchflussstärke

Kalt- bzw. Warmwasserleitungen DN

BW

Q

Verteilungsleitungen

Steigleitungen

Stockwerksleitungen

[l/s]

v=2,0m/s

v=1,5m/s

v=1,2m/s

4

0,50

-

20

8

0,70

-

25

16

1,00

25

24

1,25

32

1,40

40

Zirkulationsleitungen Schwerkraftbetrieb

Pumpenbetrieb

20

10

-

25

15

-

25

32

15

10

25

32

-

20

15

25

32

-

20

15

1,60

32

32

-

20

15

48

1,75

32

32

-

20

15

60

1,95

32

40

-

20

15

80

2,25

32

40

-

25

20

100

2,50

40

40

-

25

20

120

2,80

40

50

-

25

20

160

3,15

40

50

-

25

20

200

3,55

50

50

-

25

20

240

3,85

50

50

-

32

20

280

4,20

50

50

-

32

20

320

4,50

50

65

-

32

25

360

4,75

50

65

-

32

25

400

5,00

50

65

-

32

25

480

5,50

65

65

-

32

25

600

6,10

65

65

-

40

25

800

7,10

65

80

-

40

25

1000

7,90

65

80

-

40

32

Die Auslegung eines größeren Rohrnetzes mit der Qn/v-Methode ist daher unzulässig. Größere Netze müssen über den Druckverlust ausgelegt werden; das ist Angelegenheit von Ziviltechnikern oder technischen Büros. e) Vergleich mit Mindestnennweiten Unabhängig von den Rechenergebnissen sind jedoch folgende Mindestnennweiten einzuhalten: 1/2" (DN15) für Stockwerksleitungen mit einer Entnahmestelle 3/4" (DN20) für Stockwerksleitungen mit mehreren Entnahmestellen 3/4" (DN20) für die obersten zwei Geschosse bei Steigleitungen f) Genormte Rohrdimensionen Bei der Wahl des Rohrdurchmessers ist die nächst gelegene (größere) Normdimension heranzuziehen. Die folgende Tabelle (Abb. 62) gibt einen Überblick über genormte Gewinderohre.



Abb. 61: Aufstellung zur Rohrdimensionierung für Kaltwasser-, Warmwasser-, und Zirkulationsleitungen

g) Rohrisolation Warmwasserrohre und Heizungsrohre sollen zur Verminderung von Wärmeverlusten immer gedämmt werden. Kaltwasserleitungen müssen zur Vermeidung von Kondenswasser und ggf. als Schutz vor Einfrieren ebenso isoliert werden. Dämmstoffe werden meist in vorgefertigten Halbschalen für die entsprechende Rohrdimension geliefert. „Warme“ Rohre dämmt man meist mit Mineralwolle; Kaltwasserrohre sind immer mit diffusionsdichter Dämmung zu versetzen, das ist Mineralwolle mit Diffusionssperre (Alumantel, Kunststoffschale) oder Schaumstoffe, die in den Fugen verklebt sind. Je nach der zu erwartenden Temperatur kommen unterschiedliche Materialien zur Anwendung: Schaumstoffe: Polystyrol, Polyurethan, Polyethylen für Temperaturen T < 90 °C Mineralwolle: Glaswolle T < 250 °C Steinwolle, Schlackenwolle T > 250 °C

Dimensionierung und Planung

233



Abb. 62: Technische Daten von Gewinderohren Quelle: DIN 2440, Berlin, 1978

Mittelschwere Gewinderohre DN Nennweite

Rohrgewinde [Zoll]

/ außen O Da [mm]

Oberfläche [m2/m]

Wanddicke s [mm]

6

1/8

10,2

0,0314

2,00

6,2

0,302

8

1/4

13,5

0,0424

2,35

10,8

0,916

10

3/8

17,2

0,0540

2,35

14,5

1,651

15

1/2

21,3

0,0669

2,65

16,0

2,010

20

3/4

26,9

0,0845

2,65

21,6

3,663

25

1

33,7

0,1058

3,25

27,2

5,808

32

1 1/4

42,4

0,1331

3,25

35,9

10,117

40

1 1/2

48,3

0,1517

3,25

41,8

13,716

50

2

60,3

0,1893

3,65

53,0

22,050

65

2 1/2

76,1

0,2390

3,65

68,8

37,160

80

3

88,9

0,2791

4,05

80,8

51,250

100

4

114,3

0,3589

4,50

105,3

87,040

125

5

139,7

0,4387

4,85

130,0

132,670

150

6

165,1

0,5184

4,85

155,4

189,600

Die Dämmung muss folgende Mindestwandstärken aufweisen: mindestens 20 mm generelles Minimum mindestens 2/3 des Rohraußendurchmessers mindestens 100 mm bei Warmwasserspeichern

/ innen O Di [mm]

Lichter Querschnitt A [cm2]

a) je Einheit im Grundriss und Aufriss (Einzelschemata) b) Gesamtschema der Schächte (Übereinander Anordnen der einzelnen Einheiten) 2. Dimensionierung der Rohrleitungen

Im Plan und bei der Bestellung werden das Material, die Dämmstärke und der Rohraußendurchmesser bzw. Rohrnennweite (DN) angegeben.

2.2.2 Abwasserentsorgung Abgesehen vom reinen Niederschlagswasser, das am Grundstück versickert, oder getrennt abgeführt werden soll (Kanaltrennsystem), müssen laut Gesetz alle Abwässer abgeleitet werden. Grundlagen zur Planung von Entwässerungsanlagen sind die Bauordnung, die örtlichen baupolizeilichen Vorschriften und die ÖNORM B 2501 (Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke). Die Vorgangsweise bei der Planung einer konventionellen Abwasseranlage, die auch Grundlage für die alternativen Systeme ist, erfolgt mit folgenden Schritten: 1. Festlegung der Leitungsführung und Materialwahl

234

Sanitär

a) Bestimmung der Belastung: Belastungswert (AW) bzw. zulässige Belastung (Q S zul.) (Eintragen in Einzelschemata, Summieren für Stockwerks-, Steig- und Verteilungsleitung) b) Rohrdimensionierung zufolge AWs bzw. Q S zul. c) Kontrolle mit Mindestnennweiten 2.2.2.1 Bestimmungen für Planung und Ausführung Das Abwasser muss auf kürzestem Weg störungsfrei abgeleitet werden, das heißt, die Leitungsführung muss so gewählt werden, dass sich keine Ablagerungen und Rückstaus bilden können. Insbesondere sind daher Verjüngungen der Leitungen in Flussrichtung und 90°-Bögen in liegenden Rohren nicht erlaubt; die Leitungen müssen Mindestgefälle aufweisen. Das Leitungsnetz muss frostbeständig und gegen Hitzeeinwirkung geschützt verlegt werden, gasund wasserdicht sein. Lüftungsleitungen führen die Kanalgase über Dach ab, dienen aber auch dem Druckausgleich in der Entwässerungsanlage. Der Druckausgleich

ist notwendig, um das Leersaugen von Geruchverschlüssen zu vermeiden. Eine Entwässerungsanlage besteht aus: ■ den Wasserablaufstellen mit Geruchverschluss, ■ den Anschlussleitungen, eventuell mit Sekundär- oder Umlüftung, ■ den Fallleitungen mit Putzstücken und Haupt- und Nebenlüftung, ■ den Grundleitungen mit Putzschächten und dem Anschlusskanal. Bezeichnungen der Leitungen Abb. 63: Entwässerungsleitungen Eine Einzelanschlussleitung (1) ist die Leitung vom Entwässerungsgegenstand bis zur Einmündung in die weiterführende Sammelanschlussleitung, Fall-, Sammel- oder Grundleitung. Sammelanschlussleitungen (2) sind gemeinsame Leitungen mehrerer Einzelanschlussleitungen bis zur Einmündung in die Fall-, Sammel- oder Grundleitung. Die Fallstrecke (3) ist die senkrechte Teilstrecke einer Einzelanschlussleitung mit mehr als 0,2 m Höhenunterschied. Unter Sturzstrecke (4) versteht man die nicht senkrechte Teilstrecke einer Einzelanschlussleitung mit mehr als 5° Neigung und mehr als 0,2 m Höhenunterschied. Fallleitungen (5) sind senkrechte Leitungen, die durch ein oder mehrere Geschosse führen. Von einem Sprungbogen (6) spricht man bei einer geringen Achsverschiebung von Fallleitungen (bis 1,0 m), die durch Formstücke ausgeführt ist. Eine Verziehung (7) ist eine Verbindung von zwei Fallleitungsteilen bei größerer Achsverschiebung (maximal 6,0 m). Eine Umgehungsleitung (8) ist eine Nebenleitung im Bereich der Verziehung einer Fallleitung oder im Bereich eines Überganges einer Fallleitung in eine Sammel- oder Grundleitung. Sammelleitungen (9) sind liegende, an einer Wand oder Decke verlegte Leitungen, die Abwasser von Fall- und Anschlussleitungen über einen Absturz der Grundleitung zuführen. Grundleitung (10) ist eine im Erdreich, im Fundament oder im Gebäude frei verlegte liegende Abwasserleitung bis zur Einmündung in die Abwasserbeseitigungsanlage (Straßenkanal, Kläranlage u.ä.). 5 Der Begriff Lüftungsleitung ist doppelt belegt: Hier handelt es sich um Abwasserleitungen, die über Dach geführt werden und nicht um die Zu- und Abluftleitungen von Räumen.



Der Anschlusskanal (11) ist jener Teil der Grundleitung, der sich auf öffentlichem Grund befindet.

Abb. 63: Entwässerungsleitungen

Abb. 64: Lüftungsleitungen eines Entwässerungssystems Unter Lüftungsleitungen 5 versteht man jene Leitungen, die nur dem Luftdruckausgleich dienen. Man unterscheidet folgende Arten: Die Hauptlüftung (1) ist die Fortsetzung einer Fallleitung ab dem obersten Stockwerk bis über das Dach. Unter direkter Nebenlüftung (2) versteht man eine neben der Fallleitung geführte Lüftungsleitung, die in jedem Geschoss mit der Fallleitung verbunden ist. Eine indirekte Nebenlüftung (3) ist eine zusätzliche Lüftungsleitung am oberen Ende von Einzel- oder Sammelanschlussleitungen, die entweder über Dach zu führen ist oder in die Hauptlüftung eingebunden wird. Unter Umlüftung (4) versteht man die Lüftung von Einzel- oder Sammelanschlussleitungen, die im selben Geschoss wieder an die Fallleitung oder Hauptleitung angeschlossen sind. Als Sekundärlüftung (5) bezeichnet man ein zusätzliches Leitungssystem, das Einzelanschlussleitungen entlüftet. Anschlussleitungen Einzel- oder Sammelanschlussleitungen führen vom Entwässerungsgegenstand zur Fallleitung. Sie müssen einschließlich des Fallleitungs-

Dimensionierung und Planung

235



Abb. 64: Lüftungsleitungen eines Entwässerungssystems

Die Zusammenführung mehrerer Entwässerungsgegenstände in eine Sammelanschlussleitung darf nur mit spitzwinkeligen Abzweigern (45°) erfolgen. Die Einmündung einer Anschlussleitung in die Fallleitung erfolgt unter ca. 88° (90° – 2 %). Umgehungsleitungen werden allerdings unter 45° in die Fallleitung eingebunden. Abb. 65, 66



Abb. 65: Sammelanschlussleitung

Die Lüftung von Anschlussleitungen ist nur bei mehr als 4,0 m langen Leitungen erforderlich. Eigene Putzöffnungen sind nicht vorzusehen, da man davon ausgeht, dass man von den Abläufen aus putzen kann. Abb. 67



Abb. 66: Umgehungsleitung

abzweigers aus heißwasserbeständigem Material (95 °C) bestehen. Anschlussleitungen sind mit geringem Gefälle zwischen 2 und 5 %) zu verlegen; sind größere Höhenunterschiede zu bewältigen, so sind Sturzstrecken vorzusehen.

236

Sanitär

Bei der Einbindung von zwei gleichen Entwässerungsgegenständen in eine Fallleitung können 180°-Doppelabzweiger verwendet werden (a), bei WCs sind 135° vorgeschrieben (b). Anschlussleitungen von verschiedenen Entwässerungsgegenständen sind mit 90° Doppelabzweigern (c) oder in unterschiedlicher Höhe einzubinden, wobei die größere Leitung unter der kleineren einmünden soll (d) oder, wenn der größere über dem kleineren liegt (e), ein Abstand von 25 cm eingehalten werden muss. Fallleitungen Regen- und Schmutzwasser müssen immer in getrennten Fallleitungen geführt werden, da

a

sonst die Gefahr besteht, dass rückstauendes Regenwasser an den Schmutzwasserabläufen austritt. Abb. 68 Fallrohre sind senkrecht und ohne Änderung der Nennweite durch die Geschosse zu führen, wobei die Schmutzwasserfallleitung aus heißwasserbeständigem Material ausgeführt und die Regenwasserleitung zumindest im obersten Stockwerk wärmegedämmt sein muss; beim Schmutzwasserfallrohr ist es anzuraten. Generell muss die Wärmedehnung der Rohre berücksichtigt werden; auf Schallschutz ist zu achten und bei Querung von Brandabschnitten darf der Brandwiderstand nicht geschwächt werden. Ausreichende Putzmöglichkeiten sind vorzusehen. Putzöffnungen sind nahe dem Aufstandsbogen und über dem höchsten Abzweiger einzubauen. Das oberste Putzstück kann entfallen, wenn eine Putzmöglichkeit vom Dach aus gegeben ist oder die Fallleitung nicht länger als 10 m ist. Der Aufstandsbogen, das ist der Übergang einer Fallleitung in eine liegende Leitung, muss gegen Verschieben gesichert sein, d. h. entweder fest an der Decke verschraubt oder in die Bodenplatte einbetoniert sein. Bei Fallleitungen bis höchstens drei Stockwerke sind 90° Aufstandsbögen zulässig, bei Gebäuden ab 4 Geschossen bzw. 10 m Fallrohr muss die Umlenkung in zwei 45°-Bögen und einem mindestens 250 mm langem Zwischenstück aufgelöst werden. Um ein Herausdrücken von Sperrwasser aus den Geruchsverschlüssen nahegelegener Ablaufstellen zu vermeiden, ist die Fallleitung oberseitig des zulaufseitigen Bogens in mindestens 2 m Höhe von Anschlüssen freizuhalten. Anschlüsse an die liegende Leitung sind in einem Mindestabstand von 1 m zu den lotrechten Leitungsteilen vorzunehmen. Bei mehr als 8 Geschossen oder 22 m Fallrohr ist eine Umgehungsleitung vorzusehen. Umgehungsleitungen werden auch erforderlich, wenn am Fuße von Fallleitungen, die 4 bis 8 Geschosse durchlaufen bzw. 10 bis 22 m lang sind, Entwässerungsgegenstände im Bereich eines Verzuges anzuschließen sind, der weniger als 2 m lang ist. Der Mindestabstand von 1 m zu den zu- und ablaufseitigen Bögen könnte bei 2 m nicht eingehalten werden. Entwässerungsgegenstände sind dann stets an die Umgehungsleitungen anzuschließen. Abb. 69, 70

b

c

d

e

25 cm

90° 135°

RW SW

unzulässig

Jede Fallleitung ist ohne Querschnittsverengung als Hauptlüftung über Dach zu führen. Die Ausmündung muss mindestens 30 cm über die Dachhaut gezogen werden. Der Abstand zu einem Fenster muss entweder vertikal mindestens 1,0 m oder horizontal mindestens 2,0 m betragen. Dunsthüte und Belüftungsventilatoren sind unzulässig. Abb. 71 Grundleitungen Die in oder unter den Fundamenten liegenden Leitungen werden Grundleitungen genannt. Liegt der Straßenkanal zu hoch, können im Keller frei liegende Sammelleitungen verwendet werden. Auf gute Abdichtung bei der Mauerdurchführung und elastische Bettung gegen Beschädi-

Dimensionierung und Planung

  

Abb. 67: Einbindungen in Fallleitungen  

Abb. 68: Fallleitungen 

Abb. 69: Ausbildung von Aufstandsbögen

237



Abb. 70: Umgehungsleitungen

gung durch Setzungen ist zu achten. Werden Grundleitungen unter der Bodenplatte verlegt, so können die Streifenfundamente auch unter 45° durchfahren werden. Auch hier ist auf weiche Bettung mittels Hüllrohren oder Dämmstoffmanschetten zu achten, die Rohre dürfen nicht starr einbetoniert werden. Abb. 72, 73



Abb. 71: Hauptlüftung

Liegende Leitungen müssen möglichst geradlinig und mit gleichmäßigem Gefälle verlegt werden. Es ist genau die in der Norm für den jeweiligen Rohrdurchmesser angegebene Neigung einzuhalten und es ist nicht zulässig, einen größeren als den errechneten Durchmesser einzubauen, um ein größeres Gefälle nutzen zu können. Die genaue Einhaltung von Gefälle und Durchmesser ist wichtig, da die Schlepp

Abb. 72: Sammel- und Grundleitungen A

Sammelleitung A



Abb. 73: Fundamentdurchführungen

238

Sanitär

Grundleitung

fähigkeit des abfließenden Wassers von der Schwemmtiefe abhängig ist. Wird ein zu großer Querschnitt gewählt, so ist die Schwemmtiefe nicht ausreichend um größere Verunreinigungen, z. B. Fäkalien abzutransportieren. Da die Schwemmtiefe auch von der Rohrneigung abhängt, sind Gefälle und Durchmesser genau einzuhalten. Abb. 74, 75

Schwemmtiefe

Gefälle von Grund- und Sammelleitungen Innerhalb von Gebäuden

Außerhalb von Gebäuden

DN

SW + RW

RW

SW + MW + RW

100

1:50 = 2,0 cm/m

1:100

1:100 =1,0 cm/m

125

1:67= 1,5 cm/m

1:100

1:125 = 0,8 cm/m

150

1:67= 1,5 cm/m

1:100

1:150 = 0,67 cm/m

1:100 = 1,0 cm/m 1:100

1: 200 = 0,5 cm/m

200

>200

=1: DN

In Grund- und Sammelleitungen dürfen Formstücke mit höchstens 45° eingebaut werden; Doppelabzweiger sind unzulässig. Damit müssen Richtungsänderungen mit mehr als 45° in mehrere 45°-Bögen aufgelöst werden, wobei der

Gesamtradius 500 mm nicht unterschreiten darf. Doppelabzweiger müssen in mehrere hintereinander liegende Abzweiger aufgeteilt werden. Abb. 76 Reinigungsöffnungen sind in liegenden Leitungen besonders wichtig. Die Praxis hat gezeigt, dass es vorteilhaft ist, das Putzstück in Abflussrichtung nach der Stelle einzuplanen, an der eine mögliche Verstopfungsgefahr besteht, da dann von unten (= trockene Leitung) geputzt werden kann und das aufgestaute Wasser nicht beim Öffnen des Putzstückes austritt. Vorzusehen sind Reinigungsöffnungen: ■ nach dem Aufstandsbogen ■ nach jeder Richtungsänderung von mehr als 60° in Flussrichtung und ■ bei Einmündungen Der maximale Abstand darf bei geraden Leitungen bis DN 200 maximal 20 m betragen, bei größeren Durchmessern maximal das 100-fache der Rohrnennweite.



Abb. 74: Schwemmtiefe



Abb. 75: Gefälle von Grundund Sammelleitungen

Bei abgehängten Sammelleitungen soll der Abstand zwischen Decke und Putzstück 60 cm betragen, außer das Putzstück ist seitlich verdreht, dann genügen 30 cm. Putzstücke in Grundleitungen können entweder in Putzschächten angeordnet werden, oder man sieht Abzweiger mit Reinigungsverschlüssen vor, was platzsparender ist, aber nur eine Richtung des Putzens zulässt. Putzstücke für Regen- und 

Abb. 76: Formstücke in Grund- und Sammelleitungen



Abb. 77: Putzschächte und Reinigungsöffnungen

Dimensionierung und Planung

239



Abb. 78: Geruchsverschluss

Schmutzwasserleitungen müssen in getrennten Schächten angeordnet sein, damit eine Vermischung von Regen- und Schmutzwasser nicht möglich ist. Abb. 77 Das für Grundleitungen verwendete Material ist zweckmäßigerweise heißwasserbeständig auszuführen. Das gilt auch für Fallleitungen, obwohl dies in der Norm nicht verlangt wird.

Wasserver- und Entsorgung wurde sie bereits im Kapitel Trinkwasserversorgung, Festlegung der Leitungsführung und Materialwahl behandelt.

Anschlusskanal Der Anschlusskanal beginnt in der Regel mit dem letzten Kontrollschacht auf dem Baugrundstück, endet im öffentlichen Straßenkanal und wird meist bereits als Teil des öffentlichen Kanalnetzes betrachtet. Die Bemessung ist daher unterschiedlich und von der jeweiligen Gemeinde abhängig. Auch die Frage der Errichtung und der Kostenübernahme sind unterschiedlich geregelt. Ablaufstellen und Geruchverschlüsse Jede Wasserablaufstelle ist mit einem geeigneten hydraulischen Geruchverschluss zu versehen, der das Austreten von Kanalgasen verhindert. Um die Wirksamkeit zu gewährleisten, ist für geeigneten Wassernachschub zu sorgen. Achtung bei der Planung von selten benützten Abläufen in warmen Räumen, wie zum Beispiel Haustechnikräumen, hier muss eine (automatische) Wassernachspeisung vorgesehen werden, da man mit einer Verdunstung von 1–2 mm pro Woche rechnet. Besteht die Gefahr, dass das Wasser durch Benzin, Öle oder Fett verschmutzt ist, so sind entsprechende Abscheider vorzusehen. Bei tiefliegenden Abläufen mit Rückstaugefahr sind Rückschlagklappen nötig. Abb. 78 Die Sperrwasserhöhe muss bei Regenwasserabläufen mindestens 100 mm betragen, bei allen übrigen Abläufen 50 mm. Weiters müssen Geruchverschlüsse Reinigungsöffnungen aufweisen, die leicht verschließbar sind. Gängige Ausbildungsformen sind: Rohrgeruchverschluss, Flaschengeruchverschluss, Badablauf/Durchlaufgully, Kellerablauf mit seitlichem Zulauf, Bodenablauf mit Heizölsperre, Kellerablauf mit Rückstauklappe. 2.2.2.2 Festlegung der Leitungsführung und Materialwahl a) je Einheit b) Gesamtschema der Schächte Wegen der üblicherweise gleichzeitig durchgeführten Planung der Leitungsführung für die

240

Sanitär

Abwasser- und Lüftungsleitungen werden hauptsächlich aus Gusseisen und Kunststoff hergestellt. Weiters erlaubt, aber in der Haustechnik kaum mehr in Verwendung sind Bleirohre, Stahlrohre, im Freien Blechrohre und für Grundleitungen Steinzeugrohre. Abb. 79 2.2.2.3 Dimensionierung der SchmutzwasserRohrleitungen Die Rohrdimensionen müssen so bemessen sein, dass das Abwasser sicher und geräuscharm abläuft und dabei keine Druckstöße auftreten, die entweder die Geruchsverschlüsse leersaugen oder das Schmutzwasser bei anderen Ausläufen herausdrücken. Die Leitungen müssen daher genau nach den Richtlinien verlegt und präzise nach den Berechnungen dimensioniert werden, da sowohl zu große als auch zu kleine Querschnitte zu Betriebsstörungen führen. Durchmesserberechnung bis 60 AWs nach

4 AWs ab 60 AWs nach Qs = 0,5 x  4 AWs Die in den folgenden Tabellen und Formeln angegebenen Nennweiten dürfen daher um maximal 5 % unterschritten und auch nur um höchstens eine Nennweite überschritten werden. Mindermaß: Übermaß:

maximal 5 % kleiner höchstens eine DN größer

Dimensionierung und Planung

241

PVC-U-Rohr (V)

PE-HD-Rohr

+

3

Edelstahlrohr

SML: Muffenloses Gusseisenrohr PE-HD: high density Polyethylen, früher PE-hart

5: Nur mit Sonderbeschichtung

Abb. 79: Materialien für Abwasserrohre

PVC-U (N) = normale Wanddicke

4: Mit Korrosionsschutz außen PP: Polypropylen

PVC-U (V) = verstärkte Wanddicke (Schallschutz)

4

4

3: Nur für WC und Urinalabläufe

+

+

+

+

+

PVC-U: frühere Bezeichnung PVC-hart

+

+

+

+

+

+

+

+

2

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Lüftungsleitung

2: Nicht für DN 70

+

+

+

+

+

+

+

+

2

1

+

Grundleitung Grundleitung im Haus im Erdreich

1: Bis 45 °C Abwassertemperatur

Blechrohre aus Zink, Kupfer, Aluminium

+

Stahlrohr

+

+

+

+

+

+

+

2

1

+

Sammelleitung

Eignung für Schmutzwasser Fallleitung

+

+

+

+

+

gelb

rot

rot

gelb

grün

blau

BeschrifAnschlusstung leitung

Faserzementrohr

Selten verwendet werden:

ABS-, ASARohr Gusseisernes Rohr (SML)

PP-Rohr

Mittelgrau Mittelgrau Mittelgrau

Hellgrau

Schwarz

PVC-U-Rohr (N)

PVCC-Rohr

Hellgrau

PVC-U-Rohr

Farbe

Orangebraun

Steinzeugrohr

Rohrart

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

im Freien

+

+

+

+

+

+

als Standrohr

Eignung für Regenwasser im Gebäude

5

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Einleitung von Kondensat

nicht brennbar

nicht brennbar

nicht brennbar

nicht brennbar

nicht brennbar

normal entflammbar

schwer entflammbar

schwer entflammbar

normal entflammbar

schwer entflammbar

schwer entflammbar

schwer entflammbar

nicht brennbar

Brandverhalten

a) Bestimmung der Belastung (AW) Generell wird die nötige Rohrdimension über die angeschlossene Belastung (4AWs) oder den maximalen Schmutzwasserfluss (Qs-max) bestimmt, welche sich nach der Art und Menge der angeschlossenen Entwässerungsgegenstände, die ihrerseits wiederum durch den Anschlusswert (AWs) charakterisiert sind, richten. Somit sind folgende Bezeichnungen in der Norm festgelegt:

Anschlusswert (AW):

Dimensionsloser Bemessungswert, der dem Abfluss eines Entwässerungsgegenstandes entspricht. 1 AW = 1 l/s

Belastung (4AWs):

Summe der Anschlusswerte, dimensionslose Kennzahl

Schmutzwasserfluss (Qs-max) [l/s]:

Maximaler, auf Grund der Gleichzeitigkeit zu erwartender und für die Rohrdimensionierung maßgeblicher Abfluss

Belastbarkeit (Q zul) [l/s]:

Der auf die lichte Weite (LW) und Gefälle des Rohres bezogene zulässige Abwasserabfluss für ein Rohr.

Bei kleinen Anlagen – bis 60 AWs – erfolgt die Dimensionierung direkt über die angeschlossene Belastung (4AWs) mit Hilfe von Tabellen. Größere Anlagen – ab 60 AWs – legt man über den maximalen Schmutzwasserfluss (Qsmax) und die zulässige Belastung (Q zul) aus, wobei der Schmutzwasserfluss aus folgender Formel berechnet wird: Qs = 0,5 x  4 AWs Abb. 80



Abb. 80: Anschlusswerte

Die Anschlusswerte (AWs) für die verschiedenen Entwässerungsgegenstände sind in der ÖN B 2501 festgelegt. Abb. 81 b) Rohrdimensionierung zufolge AW bzw. QS zul. – Kontrolle mit Mindestnennweiten Zur Berechnung der Anschlussleitungen werden Einzel- und Sammelanschlussleitungen unterschieden. Abb. 82

242

Sanitär

Handelt es sich um Sammelanschlussleitungen in Wohnbauten, Hotels, Bürogebäuden u.a. ist die Tabelle Abb. 83 zu benützen. Bei diesen Werten wurde bereits Gleichzeitigkeit und Verschiedenheit der angeschlossenen Entwässerungsgegenstände berücksichtigt. Für die Dimensionierung sind die in der ÖN B 2501 festgelegten Mindestnennweiten einzuhalten. Abb. 84 Fallleitungen und Hauptlüftungen werden mit Hilfe der in Abb. 85 angeführten Tabelle über den maximalen Schmutzwasserfluss (Qs-max) und die für das Rohr zulässige Belastbarkeit (Qzul) dimensioniert. Hauptlüftungen müssen dabei den gleichen Querschnitt wie die Fallleitung aufweisen. Für Fallleitungen mit direkter oder indirekter Nebenlüftung, mit Sekundärlüftung oder mit Sonderformstücken sind die Werte der ÖNORM B 2501 zu entnehmen. Jedenfalls sind die erforderlichen Mindestdurchmesser einzuhalten. Abb. 86 Die Dimensionierung der Sammel- und Grundleitungen erfolgt über den für die Leitung errechneten maximalen Schmutzwasserfluss (Qsmax) und die je nach Gefälle zulässige Belastbarkeit (Qzul) gemäß Tabelle Abb. 87. Diese Dimensionierungstabelle für Sammelund Grundleitungen gilt für Schmutz-, Mischund Regenwasser! Allerdings dürfen auch hier die vorgeschriebenen Mindestnennweiten nicht unterschritten werden. Abb. 88 2.2.2.4 Dimensionierung der RegenwasserRohrleitungen Regenwasserleitungen werden auf den Regenwasserabfluss (Qr), die beregnete Fläche (A) und einen Abminderungsfaktor, den Abflussbeiwert (D) ausgelegt. 1. Festlegung der Leitungsführung und Materialwahl 2. Dimensionierung der Rohrleitungen a) Bestimmung der Belastung: Regenwasserabfluss (Qr)

Gruppe Entwässerungsgegenstand

AW



Abb. 81: Anschlusswerte von Entwässerungsgegenständen Quelle: ÖNORM B 2501, Wien, 1980

1

Handwaschbecken, Waschbecken, Bidet, Waschrinne bis 3 Auslaufarmaturen, Urinalrinne od. Reihenurinale bis 2 Stände

0,5

2

Badewanne, Brausetasse Küchenspüle (einfach od. doppelt) Geschirrspülmaschine bis 12 Gedecke, Haushaltswaschmaschine bis einschließlich 6 kg Trockenwäsche, Waschrinne mit 4 bis 10 Auslaufarmaturen Einzelurinal, Urinalrinne od. Reihenurinale 3 und 4 Stände, Bodenablauf NW 50, Wandausgussbecken

1

3

Großraumwanne Küchenspüle mit mehr als 30 l Beckeninhalt Waschmaschine für 6 kg bis 12 kg Trockenwäsche Urinalrinne od. Reihenurinale 5 und 6 Stände Bodenablauf NW 70

4

Bodenablauf NW 100 Urinalrinne od. Reihenurinale über 6 Stände

5

Klosettanlage jeder Art Fäkalien-Wand- oder Standausguss Waschautomat für mehr als 12 kg Trockenwäsche

2,5

6

Andere Entwässerungsgegenstände, Entwässerungspumpen, Fäkalienhebeanlagen u. a.

Tatsächlicher Abfluss oder Pumpenleistung in [l/s]

Geruchsverschlussausgang LW [mm]

1,5

2

Einzelanschlussleitungen liegend, mit höchstens zwei mit Fall- oder Sturzstrecke Bögen nach dem und/oder mehr als zwei Siphonbogen Bögen LW

AW

AW

[mm]

LW

AW

[mm]

32

0,5

-

-

-

-

40

1

40

0,5

-

-

50

1,5

50

1

50

0,5

60

2

60

1,5

60

1

70

2

70

2

70

1,5

80

2,5

80

2

100

2,5

80



Abb. 82: Bemessung von Einzelanschlussleitungen Quelle: ÖNORM B 2501, Wien, 1980

2

100

2,5

Einzelanschlussleitungen von mehr als 4,0 m Länge sind gesondert zu lüften.

Sammelanschlussleitungen

unbelüftet

belüftet

1 2 3 6 15

2 3 4,5 8 25

0,5 1 1,5 1,5 2,5

LW [mm] 50 1 60 70 * 80 100



Max. zulässiger Anschlusswert eines Einzelentwässerungsgegenstandes (AW)

AW

Abb. 83: Bemessung von Sammelanschlussleitungen Quelle: ÖNORM B 2501, Wien, 1980

* Sammelanschlussleitungen von mehr als 4,0 m Länge sind gesondert zu lüften. Sammelanschlussleitungen dürfen nicht kleiner dimensioniert sein als die größte Einzelanschlussleitung.

1 Sturz- oder Fallstrecken ab 1,0 m Länge sind in der nächst größeren Lichtweite auszuführen oder entsprechend zu lüften.

Dimensionierung und Planung

243



Abb. 84: Mindestnennweiten von Anschlussleitungen Quelle: ÖNORM B 2501, Wien, 1980

Verbindungsleitungen zwischen Wannen- und Bodenablauf

32 mm

Waschtische, Handwaschbecken, Bidet

40 mm

Urinalrinne od. Reihenurinale, bis 2 Stände Badewannen oder Brausetassen Küchenspülen, Ausgussbecken Haushaltswaschmaschinen, bis 6 kg

50 mm

Haushaltsgeschirrspülmaschinen Einzelurinale Urinalrinnen od. Reihenurinale, 3 bis 4 Stände Klosette

100 mm



Abb. 85: Bemessung von Fallleitungen mit Hauptlüftung Quelle: ÖNORM B 2501, Wien, 1980

Fallleitung mit Hauptlüftung Lichte Weite

AWs (zulässig) gesamt einzeln1

Max. zul. Anzahl WCs gesamt je Geschoss

Q Szul

[mm]

-

-

Stück

Stück

70

7

1

-

-

[l/s] 2

100

64

2,5

14

6

4

115

110

2,5

20

8

5,3

125

150

-

30

10

6,2

150

400

-

80

20

10

1 Übersteigt der Anschlusswert eines Entwässerungsgegenstandes den zulässigen Wert dieser Spalte, so ist die nächst größere Lichtweite zu wählen.



Abb. 86: Mindestnennweiten von Fallleitungen Quelle: ÖNORM B 2501, Wien, 1980

Für 1 bis 14 Waschtische oder 1 bis 7 Badewannen od. Brausen oder 1 bis 7 Küchenspülen od. Ausgussbecken oder 1 bis 7 Haushaltswaschmaschinen für 1 bis 10 Wohneinheiten oder 1 bis 14 Klosette (max. 6 je Geschoss)

100 mm

bis 23 Wohneinheiten oder 30 Klosette (max. 10 je Geschoss)

125 mm

bis 60 Wohneinheiten oder 80 Klosette (max. 20 je Geschoss)

150 mm

Sammel- und Grundleitungen



Abb. 87: Bemessung von Sammel- und Grundleitungen Quelle: ÖNORM B 2501, Wien, 1980

70 mm

Gefälle Lichte Weite [mm]

1,50 % (1: 67,5)

100 115 125 150 185 200 250

6,2 9,1 11,3 18,4 33,1 39,7 58,4

2,00 % (1: 50)

2,50 % (1: 40)

3,00 % (1: 33,3)

Q zul [l/s] 7,2 10,5 13,1 21,3 38,3 45,8 82,8

8,1 11,7 14,6 23,8 42,9 51,3 92,6

8,8 12,9 16,1 26,1 47,0 56,2 101,5

Die unterlegten Nennweiten werden am häufigsten verwendet.

244

Sanitär

7 Übersteigt der Anschlusswert eines Entwässerungsgegenstandes den zulässigen Wert dieser Spalte, so ist die nächstgrößere Lichtweite zu wählen.

b) Rohrdimensionierung zufolge Qr, beregneter Fläche (A) und Abflussbeiwert (D) c) Kontrolle mit Mindestnennweiten

für kurze Grund- und Sammelleitungen ohne Putzstücke

Der Regenwasserabfluss (Qr) als für die Rohrdimensionierung bestimmende Größe berechnet sich aus:

Sickeranlagen haben keine Sohle und bestehen aus einem Filterkörper, der gegen Ausspülen gesichert wird, unterhalb durch ein Trenngewebe und seitlich z. B. durch Betonringe. Die Filterschicht wird aus gewaschenem Sand 2/4, mit einer Schichthöhe von mind. 60 cm hergestellt. Die restliche Baugrube ist mit Kies 16/32 und gröber bis zur Unterkante der Filterkörpers zu verfüllen.

100 mm

wenn Putzstücke erforderlich sind

125 mm

wenn Klosette angeschlossen sind

150 mm 

Qr = A*D*0,03 [l/s] Regenwasserabfluss (Qr) [l/s/m2]: Ist eine für Österreich genormte Größe für einen Kurzregen (Platzregen) und beträgt 300 [l/s/ha] bzw. 0,03 [l/s.m2]. Beregnete Fläche (A) [m2]: Es wird die Horizontalprojektion der tatsächlich beregneten Fläche in Rechnung gesetzt.

Lichte Weite [mm]

Abflussbeiwert (D): ist ein Abminderungsfaktor, durch welchen die Neigung, Rauhigkeit und Rückhaltewirkung der beregneten Fläche berücksichtigt wird.

D = 0,8 Schrägdächer mit Metall- und Dachbahnen D = 0,75 Schrägdächer mit Kiesschüttung, Hart- oder Plattenbelag D = 0,7 Flachdächer mit Hartbelag sowie Metall- und Dachbahnen, Höfe und Wege mit Hartbelag D = 0,6 Flachdächer, Höfe und Wege mit Kiesschüttung D = 0,3 humisierte, begrünte Dächer Die Dimensionierung der RegenwasserAnschluss- und Fallleitungen erfolgt mittels Tabelle lt. ÖNORM B 2501. Abb. 89 Die Dimensionierung von Grund- und Sammelleitungen für Regenwasser wird mit der Tabelle Abb. 87 durchgeführt.

Q r zul. [l/s]

Abb. 88: Mindestnennweiten von Sammel- und Grundleitungen Quelle: ÖNORM B 2501, Wien, 1980

Zulässig für eine beregnete Fläche [m2] (Regenspende mit 300 l/s/ha) D = 1,0 D = 0,8 D = 0,6 D = 0,3

70

2,6

85

108

140

280

100

7,2

240

300

400

800

115

10,5

350

435

580

1160

125

13,1

435

545

720

150

21,3

710

880

1180

185

38,3

1275

200

44,0

1460

1595 -

-

-

-

-

Für den Aufbau und die Dicke der Filterschichten (Sand, Kies) ist die Durchlässigkeit des Bodens, also Art und Körnung der vorhandenen Bodenschichten, ausschlaggebend. Die Dimensionierung erfolgt mit Hilfe eines Bodengutachtens. Die Einleitung des Regenwassers erfolgt durch ein Rohr oberhalb der Filterschicht. Um eine gleichmäßige Verteilung des Wassers auf den gesamten Filter zu erreichen, wird eine Prallplatte mit Öffnungen unterhalb der Einmündung platziert. Sickeranlagen sind monatlich auf ihre Durchlässigkeit (kein Rückstau) und auf die richtige Lage der Prallplatte zu kontrollieren. Bei Verschlammung der Filterschicht ist diese abzuheben und durch eine neue zu ersetzen.



Abb. 89: Bemessung von Anschluss- und Fallleitungen für Regenwasser Quelle: ÖNORM B 2501, Wien, 1980

2.2.4 Regenwassernutzung 2.2.3 Regenwasserversickerung Eine Untergrundverrieselung darf nur bei wasserdurchlässigem Untergrund hergestellt werden. Es ist eine punktförmige (Sickerschacht) bzw. linienförmige (Sickergraben) Ausbildung möglich.

1450 -

Wird eine Regenwassernutzungsanlage eingeplant, so müssen vom Architekten bereits in den ersten Planungsphasen folgende Punkte abgeklärt werden: ■

Material des Daches und Art der Dachausbildung ■ Aufstellungsplatz für die Zisterne

Dimensionierung und Planung

245

■

Aufstellungsplatz für das Wasserwerk und Platz im Schacht für zusätzliche Nutzwasserleitungen

■

Abb. 90: Überblick Regenwassernutzung Quelle: Fa. Berger, Schwanenstadt, 1999 

2.2.4.1 Bestimmungen für Planung und Ausführung Um Regenwasser nutzen zu können, muss es gesammelt, gefiltert, gespeichert und an die Entnahmestellen verteilt werden. Im Detail kann das beispielsweise so aussehen: Abb. 90

Auch ein Tonziegeldach eignet sich; es verhält sich völlig neutral, es finden keine chemischen Reaktionen mit dem Regenwasser statt. Bewachsene Dächer sowie Dächer mit belasteten Baustoffen, wie etwa veraltete Asbestzementdächer, eignen sich nicht zum Auffangen von Regenwasser. Ein Teil des Niederschlages verdunstet am Dach und mindert den Abfluss; auf glatten Flächen weniger, auf rauen mehr. Der Abflussanteil wird durch den Abflussbeiwert D) ausgedrückt, der zwischen 0 und 1 schwanken kann. Bei D = 0 fließen 0 % und bei einem Abflussbeiwert von D = 1 fließen 100 % des Regenwassers in das Fallrohr. Abb. 91 Dachablaufwasser ist kein Trinkwasser! Dachwässer halten den Grenz- und Richtwert für Trinkwasser für Parameter wie Färbung, PHWert, Nitrat, Ammonium zum Teil auch für Trübung und Geruch erfahrungsgemäß nicht bei allen Anlagen stand. Bei wenigen Metallen (Eisen, Blei, Cadmium) werden Trinkwassergrenzwerte überschritten, die meisten Schwermetalle setzen sich jedoch mit den Feinteilchen am Boden ab. Besonders aber aus mikrobiologischer Sicht besitzt dieses Brauchwasser keinesfalls Trinkwasserqualität (fäkale Verunreinigungen zum Beispiel durch Vogelkot). Zusammen mit der Menge des zur Verfügung stehenden Regenwassers begrenzt also die Qualität die Einsatzmöglichkeiten des Nutzwassers.

Von Bedeutung bei der Planung einer Regenwassernutzungsanlage ist die Form und das Material des Daches. Es sollten bei Neubauten daher bereits im Vorfeld Überlegungen zur richtigen Dachform angestellt werden. Die Form und Art der Deckung sind für die Wasserqualität und Abflussmenge von großer Bedeutung. Flachdächer mit Kiesdeckung und Aufschüttungen können die saubersten Wässer für Regenwassernutzungsanlagen zur Verfügung stellen. Bitumenhaltige Dachmaterialien geben Teile ihrer organischen Inhaltsstoffe an das Wasser ab. Eine Verfärbung des Wassers ist möglich. Betonsteindächer tragen durch das Ausfällen etwas zur Entsäuerung des Regenwassers bei. Die Wasserhärte nimmt leicht zu, jedoch so gering, dass man weiterhin von weichem Wasser sprechen kann.

246

Sanitär

Regenwasser darf daher nur für die Anwendung ohne direkten Körperkontakt verwendet werden. Es ist völlig klar, dass auf Grund der schlechteren Qualität des Dachwassers eine strikte bauliche Trennung zwischen dem Regewassernutzsystem und Trinkwassersystem eingehalten werden muss. Rückschlagklappen, Rohrtrenner und andere „halbe Lösungen“ sind unzureichend und nicht akzeptabel. Um Verwechslungen auch nach Jahren bei Reparatur-, Umbau- und Erweiterungsarbeiten auszuschließen, sollen für das Trink- und Regenwassernetz verschiedene Materialien verwendet werden. Für die Leitungen des Regenwassernutzsystems ist aus Korrosionsgründen Edelstahl oder Kunststoff (vorzugsweise Polyethylen bzw. Polypropylen) zu verwenden.

D

Eignung

0,60 0,70 0,20

gut gut eingeschränkt

Verfärbung des Wassers

0,70

eingeschränkt

gelbe Verfärbung des Wassers

Flachdach mit Metallbahnen

0,70

eingeschränkt

erhöhter Metallgehalt des Wassers

Schrägdach mit Kiesschüttung Schrägdach mit Dachbahnen

0,75 0,80

gut gut

Schrägdach mit Schieferdeckung

0,75

gut

Dachdeckung Flachdach mit Flachdach mit Flachdach mit Flachdach mit Dachbahnen

Kiesschüttung Dachbahnen Bepflanzung bitumenhaltigen



Problem

Schrägdach mit Ziegel- oder Betonsteinen Schrägdach mit Bepflanzung Schrägdach mit bitumenhaltigen Dachbahnen

0,75

gut

0,25

eingeschränkt

Verfärbung des Wassers

0,80

eingeschränkt

gelbe Verfärbung des Wassers

Schrägdach mit Metallbahnen

0,80

eingeschränkt

Asbestzement-Dachelemente

-

nicht

Um verbotene Querverbindungen zu verhindern, sind schon beim Einbau Vorsichtsmaßnahmen zu treffen: ■ Kennzeichnung der Regenwasserleitung mit Trassenbändern und Aufschriften ■ Hinweisschild beim Wasserzähler ■ Kennzeichnung aller Zapfstellen und Anschlüsse der Regenwassernutzanlage mit einem Schild „Kein Trinkwasser“ ■ Ausstattung jeder frei zugänglichen Zapfstelle mit einer Kindersicherung wie z.B. einem abnehmbaren Drehgriff zusätzlich zum Schild Abb. 92

Abb. 91: Auswirkungen der Dachdeckungen auf den Regenwasserabfluss

erhöhter Metallgehalt des Wassers asbestfaserhaltiges Wasser

da ein ausgepumpter Behälter bei hohem Grundwasserspiegel aufschwimmen könnte. Bei der Aufstellung des Tanks im Gebäude ist der Keller eindeutig dem Dachboden vorzuziehen. Der Grund liegt im großen Gewicht des vollen Tanks, der möglichen Erwärmung des Wassers und der Gefahr des Einfrierens. Eine Speicherung des Wassers am Dachboden stellt somit nur eine Notlösung dar. Die Vorteile der Speicherung im Gebäude sind: ■ leichte und rasche Montage, unabhängig von der Raumform (auch nachträglicher Einbau 

Abb. 92: Kennzeichnung von Nutzwasserleitungen, Kindersicherung

Das Regenwasser kann in einem Erdspeicher gelagert werden, im Keller in Kunststofftanks und eventuell auch am Dachboden. Die unterirdische Lagerung bietet wichtige Vorteile: ■ gleichmäßig kühle und dunkle Umgebung, d. h. kaum Algen- und Keimbildung möglich ■ Kellerraum bleibt erhalten Die Tiefe der Baugrube ergibt sich aus der Tankhöhe und der Höhe der örtlichen Frostgrenze (0,5 bis 1,2 m). Die Wasserspeicher müssen bei zu erwartendem Grundwasser zusätzlich gegen Auftrieb gesichert werden,

durch Tankabmessungen möglich) gute Zugängigkeit für die Wartung

■

Als unbedingt notwendig hat sich das Filtrieren vor der Zisterne erwiesen. Der Filter hat die Aufgabe, grobe Stoffe wie Blätter, Blüten, Moose und Sand zurückzuhalten, damit es zu der geringst möglichen Beeinträchtigung des Wassers in der Zisterne kommt. a) Filtersammler zum Einbau in das Fallrohr (Fallrohrfilter) Abb. 93 können bei Dachflächen bis 200 m2 angewandt werden und bestehen aus Titanzink, Kupfer

Dimensionierung und Planung

247

oder Edelstahl. Dieses System macht sich die Eigenschaft des Wassers zunutze, welches an der Innenwand des Fallrohres abrinnt. Dabei wird es durch einen Edelstahlfilter mit einer Maschenweite von 0,17 mm in den Speicher abgeleitet. Laub und andere Verunreinigungen fallen in der Mitte der Dachrinne durch und werden vom Restwasser in den Sickerschacht transportiert. Es kann auch in die Überlaufleitung der Zisterne eingeleitet werden. Die Regenwasser-Ausbeute liegt bei etwa 90 %. Der Filtersammler muss in jedes angeschlossene Fallrohr eingesetzt werden.



Abb. 93: Fallrohrfilter Quelle: Fa. Berger, Schwanenstadt, 1999

Abb. 94: Erdrohrfilter Quelle: Fa. Kautex, Bonn, 1999 

b) Wirbelfeinfilter zum Einbau ins Erdreich (Erdfilter) Abb. 94 verwendet man bei Dachflächen bis 500 m2. Dieser Filter arbeitet nach einem ähnlichen Prinzip wie der Filtersammler. Das Regenwasser aller Fallrohre wird in einen unterirdisch angebrachten Topf (an unbefahrenen Stellen) geleitet und gefiltert. Beim Zulauf ist darauf zu achten, dass mind. 1 m Beruhigungsstrecke vor dem Filter vorhanden ist (kein Bogen, Winkel oder Abzweiger). Ein Regenwasserrest und die Schmutzfracht gehen in die Kanalisation oder in den Sickerschacht, das gefilterte Wasser in den Speicher. Die Wasserausbeute liegt gleichfalls bei 90 %. Sind mehrere Fallrohre an die Regenwasseranlage angeschlossen, ergibt sich bei diesem System ein finanzieller Vorteil gegenüber mehreren Filtersammlern. Beide Filter sind praktisch wartungsfrei; ein Verkeimen des Wassers wird weitgehend verhindert. Beim Speichern des Regenwassers ist speziell auf einen beruhigten Zufluss, den Überlauf und die Absaugung Augenmerk zu legen. Grund dafür liegt in den drei Wasserschichten, die sich nach einer Einlaufzeit von ca. 6 Wochen im Speicher bilden: ■ die untere Sedimentschicht ■ eine breite Nutzwasserschicht und ■ eine Schwimmschicht Wie in der biologischen Reinigungsstufe eines Klärwerkes bilden sich aerobe Bakterien, welche die noch vorhandene organische Belastung in Mineralien und CO2 umsetzen. Um die Selbstreinigungskraft der Anlage zu erhalten, ist ein beruhigter Wassereinlauf erforderlich, damit die Sedimentschicht nicht verletzt wird. Darum soll

248

Sanitär

das Zulaufrohr bis zum Boden geführt und mit zwei 90-Grad-Bögen die Strömung umgelenkt werden. Die Zuleitung soll möglichst geradlinig zum Speicher geführt werden; Reduzierungen sind nicht erlaubt. Der Überlaufdurchmesser muss mindestens gleich groß sein wie der Zulaufdurchmesser ( DN 100). Die Zuleitung ist im Erdreich mit mindestens 2 % Gefälle in frostfreier Tiefe zu verlegen. Abb. 95 Der Speicher ist mit einem Überlauf ausgestattet, welcher mit dem Sickerschacht oder dem Regenwasserkanal verbunden wird. Beim Überlaufen des Wassers (sollte 3- bis 5-mal jährlich stattfinden) entsorgt ein abgeschrägter Geruchsverschluss die oberste Schwimmschicht. Die schwimmende Entnahme gewährleistet, dass ausschließlich aus der sauberen Nutzwasserschicht abgesaugt wird. Die Materialwahl richtet sich nach dem Aufstellungsort des Speichers. Für die unterirdische Lagerung sollte der Tank in einem Guss hergestellt werden, da es durch Erdbewegungen zu Undichtheiten bzw. Setzungsrissen kommen kann. Eine Unterbringung in befahrbaren Bereichen ist bei einigen Materialien ebenfalls möglich. a) Fertigteil Beton-Kompakt-Erdspeicher: Der leicht säuerliche PH-Wert des Regenwassers wird durch den Kontakt mit dem Beton etwas erhöht, wodurch das Wasser weicher wird und daher kaum den Leitungen schadet. Der Nachteil liegt darin, dass das Regenwasser den Beton angreift. Abb. 96 b) Erdspeicher in Ortbetonausführung: Dieser eignet sich vor allem für Anlagen mit mehr als 5 m3 Speichervolumen. Die Bodenplatte ist in einer Stärke von 30 cm auszuführen. Der Speicherboden sollte leicht schräg zu einer Vertiefung verlaufen, wodurch sich der feine Staub nicht gleichmäßig am Speicherboden verteilt. Bei der Reinigung kann der Schmutz in diese Vertiefung gespült und von dort leicht mit einer Tauchpumpe entfernt werden. Um die Dichtheit zu gewährleisten, muss man besonders auf die Materialqualität und die Verarbeitung achten. Abb. 97



c) GFK-Erdspeicher (glasfaserverstärkter Kunststoff) Diese Behälter werden in Kugelform ausgeliefert und sind hochfest und trotzdem leicht.

Abb. 95: Zulauf, Überlauf und Absaugung eines RegenwasserSammelbehälters

d) Polyethylen-Erdspeicher: Die Vorteile des Polyethylens bestehen im geringen Gewicht und der möglichen Wiederverwertung des Materials. Sowohl bei GFK- und PE-Speicher muss die Grundfläche der Baugrube eben vorbereitet sein. Auf das verdichtete Erdreich ist eine Sandschicht von ca. 20 cm aufzubringen. Nach dem Einsetzen des Tanks muss die Grube mit gefestigtem Erdreich (nicht mit Bauschutt) aufgefüllt und verdichtet werden. Der Behälter muss vor dem Zuschütten mit Wasser gefüllt werden, da sonst die Gefahr des Aufschwimmens besteht. e) Polyethylen-Kellertanks Es handelt sich meistens um 1000 l-Behälter, die man nach Bedarf aneinander reihen kann. Dies ermöglicht durch verschiedene Aufstellungsvariationen die bestmögliche Ausnützung des Raumes. Das Hauswasserwerk ist die technische Zentrale der Regenwasseranlage. Es beinhaltet eine auf Dauereinsatz ausgelegte Pumpe (ca. 3–4 bar), die von einem Druckschalter gesteuert wird. Wird irgendwo im Haus dem Brauchwassernetz Wasser entnommen, schaltet der Druckschalter die Pumpe ein. Ein Druckausgleichsbehälter (Membrankessel) ist neben der Pumpe angebracht, der es ermöglicht, kleinere Wassermengen zu zapfen, ohne dass dazu jedes Mal die Pumpe anspringen muss. Ein Schwimmerschalter in der Zisterne verhindert ein Trockenlaufen der Pumpe, indem dieser bei Erreichen des unteren Wasserspiegels automatisch die Pumpe abschaltet. Damit es in Zeiten längerer Trockenheit zu keinen Betriebsstörungen kommt, muss eine Trinkwassernachspeisung integriert werden. Dabei werden nur geringe Mengen Trinkwasser dem Speicher zugeführt, um den nächsten Regen optimal ausnützen zu können. Der Schwimmerschalter öffnet gleichzeitig mit dem Abschalten der Pumpe das in der Trinkwasserleitung angeschlossene Magnetventil. Beim obe-

ren Schaltpunkt wird das Magnetventil wieder geschlossen, und die Pumpe befördert das Wasser zu den Entnahmestellen. Es ist nicht erlaubt, eine direkte Verbindung zwischen Regen- und Trinkwasser herzustellen. Die sicherste Lösung zum Schutz des Trinkwassers bietet lt. ÖNORM B 2531 der sogenannte „freie Auslauf“. Die Trinkwasserleitung endet hierbei über einem Zwischenbehälter, wobei die Unterkante der Zuläufe in den Zwischenbehälter mindestens 40 mm über dem durch einen Überlauf festgelegten, höchstmöglichen Wasserspiegel liegen muss. Der Zwischenbehälter nimmt das Trinkwasser auf und leitet es in den Speicher. Aus Sicherheitsgründen sollte der Höhenunterschied zwischen der Rückstauebene (meist Straßenoberkante) und dem Zwischenbehälter mind. 15 cm betragen.

Die Versorgungsleitungen des Nutzwassersystems (Pumpleitung und Trinkwassernachspeisung) sind in einem Hüllrohr mit mind. DN 100 stetig ansteigend zum Haus in frostfreier Tiefe zu verlegen. Die elektrischen Leitungen sind zusätzlich in einem separaten Hüllrohr in diesem DN 100 Rohr zu verlegen. Inspektionen der Anlage sowie Reinigungsarbeiten sind in regelmäßigen Abständen durchzuführen. Zur Reini-

Abb. 96: Beton-Speicher aus Fertigteilen 

Abb. 97: BetonSpeicher aus Ortbeton  

Zulauf

Entnahmeschacht

Dimensionierung und Planung

Sandfilter

249

gung sollen grundsätzlich keine Chemikalien verwendet werden. Die Regenrinne ist je nach Verschmutzung, mindestens aber zweimal jährlich zu säubern. Bei starker Verschmutzung der Rinnen kann das Regenwasser nicht mehr vollständig abfließen, und es können sich Pfützen mit verkeimten Wasser bilden.

Ebenso ist die Trinkwassernachspeisung zweimal im Jahr zu überprüfen. Der Durchfluss des Wassers kann, wenn nötig, am Absperrhahn verändert werden. Auch das Leitungsnetz und die Entnahmestellen sind einmal jährlich auf Dichtheit zu überprüfen.

Der Edelstahleinsatz des Filters ist mit einem scharfen Wasserstrahl und einer Bürste zu reinigen. Im Laufe der Zeit würden sich sonst die feinen Öffnungen des Filtergewebes verlegen; der Wirkungsgrad des Filters würde sich verschlechtern. Im Abstand von 1 bis 2 Jahren soll der Speicher vollständig entleert und gesäubert werden. Er ist außerdem mindestens zweimal im Jahr auf Beschädigungen bzw. auf Dichtheit zu kontrollieren. Der Deckel der Anlage muss jederzeit zugänglich sein und darf nicht mit Erde oder Sonstigem abgedeckt sein. Der angeschlossene Sickerschacht bzw. Überlauf ist je nach Schmutz- und Regenanfall, mindestens aber viermal im Jahr auf Durchlässigkeit bzw. Verstopfung zu kontrollieren. Die Pumpe ist zweimal im Jahr auf einwandfreie Funktion zu prüfen.

2.2.4.2 Dimensionierung der Regenspeicher Die Größe des Speichervolumens ist abhängig von: 1. dem Regenwasserbedarf anhand der Verbraucherstellen und Personen (Brauchwassermenge) [m3] 2. der örtlichen Niederschlagsmenge [mm], siehe Abb. 98 3. der projizierten Dachgrundfläche [m2] und 4. dem Abflussbeiwert, abhängig von der Art der Dachdeckung Abb. 99



Abb. 98: Mittlere Jahresniederschlagsmengen in Österreich Quelle: Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, Wien

250

Sanitär

Der Speicher soll nicht zu groß dimensioniert werden, da er 3- bis 5-mal pro Jahr überlaufen soll, damit die Schwimmschichten beseitigt werden.

Flachdach mit Kiesschüttung

0,60

Flachdach mit Dachbahnen

0,70

Schrägdach mit Kiesschüttung

0,75

Schrägdach mit Dachbahnen

0,80

Schrägdach mit Schieferdeckung

0,75

Schrägdach mit Ziegel- oder Betonsteinen

0,75

a) Dimensionierung gemäß Regenwasseranfall Speichervolumen [m3] = 0,05 x jährlicher Regenwasserertrag [m3]



D

Dachdeckung, mit guter Eignung zur Regenwassernutzung

Abb. 99: Dachdeckungen mit guter Eignung zur Regenwassernutzung, Abflussbeiwerte

c) Bildung des Mittelwertes Da beide Methoden eine andere Herangehensweise haben, sollte der Mittelwert zur Dimensionierung herangezogen werden.

Jährlicher Regenwasserertrag [m3] = Dachfläche [m2] x Jahresniederschlag [m] x Abflussbeiwert

2.2.5 Grauwassernutzung Mittels des Faktors 0,05 wird eine durchschnittliche Speicherreserve (von 18 Tagen) eingerechnet. b) Dimensionierung nach Regenwasserbedarf Die Speichergröße wird einerseits nach der substituierbaren Wassermenge bspw. eines 5-köpfigen Haushaltes ausgelegt. Dabei wird je nach Anwendung (WC-Spülung, Gartenbewässerung) der Tagesverbrauch von Regenwasser (= Einsparung von Trinkwasser) mit der Anzahl der Personen bzw. der Grundfläche des Gartens multipliziert. Die Angaben in der in Abb. 100 angeführten Tabelle sind Erfahrungswerte, welche je nach Einsatz wassersparender Technologien bei Armaturen und Spülkästen variieren können. Anwendung

2.2.5.1 Bestimmungen für Planung und Ausführung Grauwasser ist sehr viel stärker mit organischen Stoffen belastet, als Regen- oder Dränwasser. Selbst um seine Verwendung für die WC-Spülung zu ermöglichen, muss die organische Belastung des Grauwassers durch Aufbereitung so weit reduziert werden, dass eine Verkeimung und Faulung mit entsprechenden Geruchs- und Korrosionserscheinungen ausbleibt. Die Qualitätsanforderungen liegen in Österreich allerdings sehr viel höher: Bei uns wird Trinkwasserqualität (Keimfreiheit) gefordert, in Deutschland „genügt bereits“ Badewasserqualität. 

Verbrauch von Regenwasser pro Person

WC-Spülung

25 l/d

Waschmaschine

15 l/d

Gartenbewässerung

6 l/d

Autowäsche

3 l/d

Andererseits geht in die Volumsberechnung die durchschnittliche Zeitdauer niederschlagsloser, aufeinanderfolgender Tage ein. Das notwendige Speichervolumen wird also genau gleich dem Verbrauch in einer vorgegebenen Trockenperiode (Reserve) angesetzt. Diese Zeitspanne ist sinnvoll mit 2 bis 3 Wochen anzunehmen. Speichervolumen [m3] = Tageswasserbedarf [m3] x Anzahl der Trockentage

Bei den Aufbereitungsmethoden muss auf die verschiedenartigen Inhaltsstoffe des Grauwassers reagiert werden. Die Schmutzfracht tritt sowohl in gelöster, ungelöster als auch in kolloidaler, also halbgelöster Form auf. Bei ungelösten Substanzen sind absetzbare und nicht absetzbare Stoffe zu unterscheiden. Die Schmutzstoffe des Abwassers sind anorganischer (mineralischer) und organischer Art.

Dimensionierung und Planung

Abb. 100: Durchschnittlich ersetzbare Frischwassermengen durch Regenwasser Quelle: Ökotechnik, Staufen bei Freiburg, 1988

251

Bei den anorganischen Stoffen handelt es sich um chemische Verbindungen, in denen kein Kohlenstoff enthalten ist. Zu den organischen Stoffen zählen Kohlenhydrate, Fette, Eiweiß, etc. die als pflanzliche Reste (Textilfasern, Fusseln), menschliche und tierische Reststoffe (Haare, Schuppen), als Reinigungsmittel (Seifen) usw. in das Abwasser gelangen. Um die vorhandenen Schmutzstoffe aus dem Wasser zu entfernen, können zwei Gruppen von Reinigungsverfahren angewendet werden:

der Praxis handelt es such um eine Aneinanderreihung verschiedenster Methoden. Folgende Verfahren haben sich aufgrund der nicht vorhandenen Umweltverträglichkeit bzw. Reinigungsleistung nicht bewährt: Die alleinige Chlorung von gereinigtem Abwasser zur Verhinderung der Fäulnisbildung und Geruchsbelästigung ist aufgrund möglicher entstehender Reaktionsprodukte sowie aus Umweltverträglichkeitsgründen abzulehnen.

1. Verfahren zur Entfernung von Wasserverunreinigungen Mechanische Verfahren: ■ Sieben suspendierter Stoffe ■ Sedimentation ■ Flotation ■ Filtration

Die chemische Oxidation mit Wasserstoffperoxid führte bei der Wasch- und Badewassernutzung aufgrund der hohen erforderlichen Einsatzmengen nicht zum Erfolg. Durch die chemische Oxidation mit Ozon erhält man zwar Wasser, das für Bewässerungszwecke einsetzbar ist, diese Aufbereitungsmethode ist aber wegen ihrer fehlenden Umweltverträglichkeit abzulehnen.

Chemische, physikalisch-chemische und biologische Verfahren: ■ Flockung kolloidaler Stoffe ■ Fällung gelöster anorganischer Stoffe ■ Ionenaustausch gelöster organ. Stoffe ■ Adsorption ■ Oxidation ■ Biologische Aufbereitung

Durch Ultrafiltration und Membranmikrofiltration kann, wie japanische Untersuchungen zeigen, zwar wiederverwendbares Betriebswasser erhalten werden. Diese Verfahren sind jedoch derzeit aufgrund der hohen Investitions- und Betriebskosten abzulehnen.

2. Verfahren zur Wasserentkeimung: (siehe auch Wasseraufbereitungsanlage) Physikalische Verfahren ■ Sterilisation durch Temperaturerhöhung ■ Katalytische Behandlung ■ Bestrahlung (UV-Desinfektion) ■ Sterilfiltration ■ Adsorption Chemische Verfahren: Anwendung von Oxidationsmitteln (Ozon)

■

Biologische Verfahren: Langsamfilter ■ Versickerung (Sandfilter)

Pilotprojekte zur physikalisch-chemischen Abwasserreinigung unter Zusatz flockenbildender Chemikalien zeigen, dass die schwierige Prozessteuerung und der verfahrenstechnische Aufwand in keinem Verhältnis zum Nutzen der Verfahren stehen. Durch eine Belüftung des zu reinigenden Grauwassers kann das Abwasser zwar aufgefrischt und Schwefelwasserstoff ausgetrieben werden, ein Abbau der organischen Verunreinigungen findet dabei jedoch nicht statt. Damit führt die Reinigungsleistung zu keinem befriedigenden Ergebnis.

■

Bei den in Betrieb befindlichen Grauwasseranlagen wurde festgestellt, dass die alleinige Anwendung eines Verfahrens nicht zum Ziel führt. Nur eine Kombination aus Entfernung der Wasserverunreinigungen und Wasserentkeimung bringen die gewünschte Reinigungsleistung. In

252

Sanitär

Bewährt haben sich kombinierte Systeme, welche mehrere Reinigungsstufen erfordern, wobei verschiedenste Verfahrenstechniken angewandt werden. Der mechanische Teil sorgt für eine Abtrennung der groben Inhaltsstoffe, der biologische Teil für den Abbau der organischen Inhaltsstoffe und gegebenenfalls kommt noch eine chemisch-physikalische Desinfektion als letzte

Stufe hinzu. Die wirtschaftlichsten und zukunftsträchtigsten Systeme sind solche, die keinen oder nur sehr geringen Energieeinsatz erfordern, kaum bewegte Teile aufweisen und das Wasser auf natürlich-biologische Weise reinigen. Zu erfolgversprechenden Ergebnissen gelangt man mit der biologischen Abwasserreinigung, die bislang mit Pflanzenkläranlagen sowie mit Belebungs- und Tauchtropfkörperanlagen untersucht wurde. Dabei konnte ein Abbau der organischen Verschmutzung von über 90 % erreicht werden. Probleme bei der biologischen Abwasserreinigung können jedoch dann auftreten, wenn ein Teil der organischen Verunreinigung des Grauwassers durch schwer abbaubare oder hemmende Inhaltsstoffe verursacht wird. Der aerobe biologische Reinigungsprozess kann dabei unter Umständen vollständig unterbunden werden. Bei der alleinigen Verwendung von Abwässern aus Badewannen, Duschen, Handwaschbecken und Waschmaschinen und dem Verzicht von stark belasteten Küchenabwässern zur biologischen Reinigung ist diese Gefahr im allgemeinen jedoch nicht gegeben. Abb. 101 Für die Nutzung von Grauwasser ist wie für Regenwasser insbesondere die sichere Trennung von Trinkwasser- und Betriebswassernetz Voraussetzung für einen sicheren Betrieb der Anlagen. Bezüglich der Kennzeichnung der Leitungen und Entnahmestellen gilt das selbe wie für ein Regenwasserversorgungsnetz. 2.2.5.2 Dimensionierung von Grauwasseranlagen Für die Planung und Errichtung von Anlagen zur Aufbereitung und Nutzung von Grauwasser sind Fachleute heranzuziehen. Es sollen hier nur grundsätzliche Empfehlungen ausgesprochen werden: ■ Die Sammlung des Grauwassers soll am Betriebswasserbedarf orientiert werden. ■ Die Vorreinigung muss sich an der Fähigkeit zur Abpufferung von Stoßbelastungen und der Grauwasser-Vorhaltung für die Reinigungsstufe orientieren. ■ Bei der biologischen Wasseraufbereitung sollte ein aerobes Verfahren mit immobilisierter Bakterienmasse zum Einsatz kommen. Dazu können z. B. Tauchtropfkörper oder Scheibentropfkörper verwendet werden.



■

Eine möglichst naturnahe Aufbereitungskomponente kann mit einer Sandfilter-Pflanzenkläranlage erreicht werden, die außer der Abwasserreinigung auch zur Verbesserung des Kleinklimas beiträgt. Eine reine Teichanlage ist aufgrund des zu erwartenden Algenwachstums in der Regel nicht geeignet. ■ Aus hygienischen Sicherheitsgründen ist eine Entkeimung nach der Aufbereitung erforderlich. Die UV-Behandlung hat sich nach den bisherigen Erfahrungen am besten bewährt. ■ Das Betriebswasser-Verteilungsnetz sollte aufgrund möglicher korrosiver Eigenschaften des Wassers in Kunststoff oder Edelstahl ausgeführt werden.

Abb. 101: Konzept zur Reinigung von Grauwasser

2.2.6 Löschwasser 2.2.6.1 Bestimmungen für Planung und Ausführung Arten von Löschwassereinrichtungen Je nachdem wie weit das Löschwasser im Gebäude verteilt wird (Steigleitung, horizontale Verteilung etc.), unterscheidet man folgende Arten: a) Steigleitungen „Nasse“ Feuerlösch-Steigleitungen (Abb. 102, linkes Bild) stehen ständig, einschließlich der angeschlossenen Wandhydranten, unter Wasserleitungsdruck und können bereits vor Eintreffen der Feuerwehr zur Brandbekämpfung genutzt werden. Bei zu geringem Wasserleitungsdruck am höchstgelegenen Wandhydranten (weniger als 3 bar) müssen sie über eine Druckerhö-

Dimensionierung und Planung

253



Abb. 102: Nasse und trockene Steigleitungen zur Brandbekämpfung

hungsanlage betrieben werden, die ihrerseits an eine Notstromanlage anzuschließen ist. „Trockene“ Steigleitungen (Abb. 102, rechtes Bild) sind nicht mit dem Wassernetz verbunden und können nur von der Feuerwehr in Anspruch genommen werden: Ein zeitaufwendiges Auslegen von Schläuchen entfällt. Im Brandfall wird Löschwasser, meist von einem nahegelegenen Hydranten, mittels einer Feuerlöschpumpe der Feuerwehr in die Steigleitung eingespeist. Die hierfür erforderlichen Anschlusskupplungen werden in der Nähe der Gebäudezugänge angeordnet. Die Zufahrt für die Feuerwehr zu diesem Bereich muss gewährleistet sein. Abb. 102

Löschwassersteigleitungen „nass/trocken“ werden erst unmittelbar vor der Brandbekämpfung mit Wasser gefüllt. Bei Betätigung eines Wandhydranten bewirkt ein elektrisch gesteuerter Schaltmechanismus, dass die Steigleitung geflutet und nach der Wasserentnahme das Leitungssystem wieder entleert wird. Hierzu ist im unteren Bereich der Steigleitung ein Schaltschrank und ein Anschluss an das Entwässerungssystem des Gebäudes erforderlich. Bei Stromausfall werden die Leitungen automatisch mit Wasser gefüllt.

254

Sanitär

b) Wandhydranten Wandhydranten sind Einrichtungen zur Löschwasserentnahme mit der dazugehörigen Löschausrüstung (gemäß Technische Richtlinie Vorbeugender Brandschutz TRVB F 124). Die Schlauchanschlussstellen haben ca. 1 m über dem Fußboden zu liegen. Die Hydranten sind in der Regel in Nischen, Einbauschränken oder Wandschränken vor Beschädigung geschützt unterzubringen. c) Sprinkleranlagen Sprinkleranlagen sind selbsttätige, selektiv wirkende Feuerlöschanlagen mit Wasser als Löschmittel, welche das Wasser über kleine, unter der Decke angeordnete Löschbrausen verteilen. Die Sprinkleranlage besteht aus einem Rohrnetz, in dem in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen die Sprinklerdüsen eingeschraubt sind; nach dem jeweiligen Risiko kann pro Sprinklerkopf eine Bodenfläche von 9 bis 21 m2 abgedeckt werden. Im Brandfall, bei Erreichung der Auslösetemperatur (z. B. 57 °C oder 79 °C) an der Düse, öffnet das Verschlusselement und das austretende Wasser wird versprüht. Bei der Nassanlage ist das gesamte Sprinklerrohrnetz ständig mit Wasser (unter Druck) gefüllt. Eine solche Ausführung erlaubt die

Brandbekämpfung bereits vor dem Eintreffen der Feuerwehr und soll in jenen Bereichen errichtet werden, in denen nicht die Möglichkeit besteht, dass wegen der zu erwartenden Umgebungstemperaturen das Wasser im Rohrnetz frieren oder verdampfen könnte. Die Nassanlage ist auch die gebräuchlichste Sprinkleranlage. Bei der Trockenanlage ist das gesamte Sprinklerrohrnetz im Bereitschaftszustand der Sprinkleranlage mit Druckluft gefüllt. Beim Öffnen eines Sprinklers entweicht über diesen die Druckluft und es strömt Wasser in das Sprinklerrohrnetz. Diese Ausführung soll in jenen Bereichen errichtet werden, in denen keine Gefahr besteht, dass wegen der zu erwartenden Umgebungstemperaturen das Wasser im Sprinklerrohrnetz frieren oder verdampfen könnte, wenn nicht eine vorgesteuerte Anlage erforderlich ist. Eine gemischte Anlage (Tail-End-Anlage) ist eine Sprinkleranlage, die im überwiegenden Teil als Nassanlage ausgeführt ist, und bei der beschränkte Teilbereiche als Trockenanlage einem Nassalarmventil nachgeordnet sind. Diese Ausführung soll in jenen Bereichen errichtet werden, in welchen nur in beschränkten Teilbereichen die Möglichkeit besteht, dass wegen der zu erwartenden Umgebungstemperaturen das Wasser im Sprinklerrohrnetz frieren oder verdampfen könnte. Bei der vorgesteuerten Anlage (Pre-ActionAnlage) ist das gesamte Sprinklerrohrnetz im Bereitschaftszustand der Sprinkleranlage mit Druckluft gefüllt. Der gesprinkelte Bereich wird zusätzlich durch eine selbsttätige Brandmeldeanlage überwacht. Beim Ansprechen dieser Meldeanlage entweicht die Druckluft über Entlüftungsvorrichtungen aus dem Sprinklerrohr, ohne Öffnen eines Sprinklers. Diese Ausführung soll in jenen Bereichen errichtet werden, in welchen die zu erwartenden Umgebungstemperaturen eine Nassanlage ausschließen, auf den rascheren Löscheinsatz der Nassanlage aber nicht verzichtet werden kann. d) Sprühwasser-Löschanlagen (Regenanlage) Sprühwasser-Löschanlagen (Regenanlage) können im Brandfall sofort die gesamte Bodenfläche besprühen und kommen zum Schutz von

Räumen zur Anwendung, bei denen mit extrem schneller Brandausbreitung zu rechnen ist (Müllbunker, Lagerräume, Theaterbühnen). Aus der Sprühwasseranlage austretende Wassermengen sollten, um größere Wasserschäden zu vermeiden, unverzüglich über Bodenabläufe abgeleitet werden. e) Wasserschleieranlagen (Regenvorhänge) Auch zum Bereich der Sanitärinstallationen, streng genommen nicht aber zu den Löschwassereinrichtungen zählen Wasserschleieranlagen (Regenvorhänge). Sie dienen zur Verhinderung der Brandausbreitung über bestimmte Abschnitte hinaus und können z.B. Öffnungen in Brandmauern abschirmen oder nach Absprache auch anstelle von Brandmauern vorgesehen werden. Bei großen Raumhöhen (ab 8 m) ist ihre Wirksamkeit in Frage gestellt. Bodenabläufe sind vorzusehen. 2.2.6.2 Dimensionierung von Löschwassereinrichtungen a) Steigleitungen und Wandhydranten Steigleitungen und Wandhydranten sind gemäß TRVB F 128 90 auszuführen. Die Steigleitung ist aus nahtlosen, innen und außen feuerverzinkten Stahlrohren gemäß ÖNORM M 5611 mit mind. DN 80 herzustellen. Nasse Steigleitungen Bei nassen Steigleitungen ist auf das frostsichere Hochführen vom untersten bis ins oberste Geschoss zu achten. Für eine ständige Durchspülung des Rohrstranges ist durch Anschluss von Kleinverbrauchern an die Nutzwasserleitung, zumindest eines WC-Anschlusses im obersten Geschoss, Sorge zu tragen. Für Reparaturen ist an tiefster Stelle der Leitung eine Entleerungseinrichtung mit vorgesetztem Absperrhahn vorzusehen. Die Leitung wird im allgemeinen vom öffentlichen Wasserversorgungsnetz gespeist. Die jeweiligen Anschlussbedingungen des Wasserlieferungsunternehmens sind, insbesondere bei Vorsehung einer zusätzlichen Einspeisemöglichkeit für die Feuerwehr, zu beachten. An der Löschwasserentnahmestelle im obersten Geschoss muss bei einem Wasserdurchfluss von 200 l/min der Fließdruck von mind. 3 bar gewährleistet sein.

Dimensionierung und Planung

255

Kann der geforderte Druck wegen der Höhe des Gebäudes und/oder der örtlichen Verhältnisse nicht erreicht werden, so ist eine Drucksteigerungsanlage einzubauen. Diese ist so auszulegen, dass bei einem Wasserfluss von mind. 600 l/min und dem Öffnen des obersten Wandhydranten ein Fließdruck von mind. 3 bar gewährleistet ist. Trockene Steigleitung Die Steigleitung ist mind. DN 80 herzustellen und vom untersten bis ins oberste Geschoss hochzuführen. Das Gesamtfüllvolumen je Steigleitungsnetz darf 2000 Liter nicht überschreiten. Die im Erdgeschoss erforderliche Einspeisestelle ist an der Außenmauer nächst dem Hauseingang, im Hausflur oder vor dem Objekt an einer für die Feuerwehr jederzeit zufahrbaren Stelle in ca. 1 m Höhe anzubringen. Die Löschwassereinspeisestelle ist möglichst in einer Mauernische anzuordnen. Sie darf keinesfalls in Schächten oder am Boden untergebracht werden. Die Mauernischen sind in einer Mindestgröße von 60 x 70 x 30 cm, bei der Löschwassereinspeisung mit nur einer Festkupplung in einer Mindestgröße von 40 x 50 x 20 cm entsprechend der Löschwasserentnahmestellen auszuführen und mit wetterbeständigen Türen zu verschließen. Die Nische muss so angebracht sein, dass die Mitte der Festkupplung ca. 1 m über dem Boden liegt. b) Sprinkleranlage Obwohl die Auslegung einer Sprinkleranlage meistens über darauf spezialisierte Planungsbüros durchgeführt wird, soll im Folgenden ein Überblick gegeben werden. Der Berechnung wird eine gewisse Mindestwassermenge pro Zeiteinheit und Sprinklerdüse zugrunde gelegt, die jeder Sprinkler zu erbringen imstande sein muss. Da für einen Brandfall nicht vorausgesagt werden kann, welche Sprinklerdüsen aktiviert werden, werden für die Dimensionierung der Rohrnetzgröße und für die Wasserbevorratung sogenannte Wirkflächen definiert. Solche Wirkflächen werden nach brandschutztechnischen Gesichtspunkten lagemäßig im Gebäude abgegrenzt und stellen jene zusammenhängende Fläche dar, die sich aus der im Brandfall anzunehmenden Anzahl an gleichzeitig offenen

256

Sanitär

Sprinklern ergibt. Die Wirkfläche ist die Summe der einzelnen, von den Sprinklern gleichzeitig bestrichenen Flächen. Die Gesamtzahl der einzelnen Wirkflächen ergibt den gesamten besprinklerten Bereich. Die Sprinkleranlage hat innerhalb der Wirkfläche pro Flächeneinheit und Zeiteinheit eine bestimmte Wassermenge für Löschzwecke heranzubringen. Es werden die Volumenströme im Rohrnetz berechnet. Dies geschieht, indem man die für jeden Sprinklerkopf einer Wirkfläche angenommene Wasserleistung heranzieht und damit die Volumenströme in den einzelnen durchflossenen Rohrnetzabschnitten berechnet. Weiters ist zu klären, wie hoch der Pumpendruck mindestens sein muss, damit bei keiner Sprinklerdüse die erforderliche Löschwassermenge (ungünstigste Wirkfläche – ungünstigster Sprinkler) unterschritten wird. Ausgehend von diesem Mindestdruck kann erst die Pumpenleistung festgelegt werden. Für die Löschwasser-Vorrathaltung bzw. für die Kapazitätsbemessung der Zuspeisungsleitung ist von Bedeutung, welche Wassermengen bei der vorgegebenen Pumpenleistung durch das Rohrnetz fließen und welche Wasserleistung jeder Sprinkler erbringt. Es wird angenommen, dass eine Sprinkleranlage eine gewisse Zeit lang in Funktion bleiben muss. Die Kontrolle, ob die Fördermenge der Pumpe für die sogenannte günstigste Wirkfläche nicht zu hoch liegt, ist erforderlich, um zu prüfen, ob die Vorratsbehälter nicht zu rasch erschöpft werden oder die Wasserversorgung ausreichend ist. Für eine Optimierung des LöschwasserRohrnetzes, dessen Grundkonstruktion samt Durchmesser feststeht, können in einzelnen Bereichen die Rohrdurchmesser so verändert werden, dass ein möglichst gleichmäßiger Wasserdurchfluss bei jedem Sprinkler oder der im Betrieb befindlichen Wirkflächen entsteht. Gewöhnlich erreicht man das durch zusätzliche Ringleitungen und Verkleinerung von Rohrdurchmessern in den Verteilungsleitungen, die näher an der Pumpe liegen. Ein positiver Effekt, der dabei auftritt, ist der, dass die zentralen Pumpen und die Hilfsaggregate, aber auch der Wasservorrat kleiner werden können.

2.3 Planungsbeispiel Regenwassernutzungsanlage Einfamilienhaushalt mit 5 Personen in Wien projizierte Dachfläche: 180 m2 Schrägdach mit Ziegeldeckung –> Abflussbeiwert 0,75 Niederschlagshöhe: 900 mm 500 m2 Garten

Speichergröße a) Dimensionierung gemäß Regenwasseranfall: Speichervolumen [m3] = 0,05 x jährlicher Regenwasserertrag [m3] Jährlicher Regenwasserertrag = Dachfläche [m2] x Jahresniederschlag [m] x Abflussbeiwert Speichervolumen = 0,05 x (180 m2 x 0,900 m x 0,75)  6 m3 b) Dimensionierung nach Regenwasserbedarf: Das Speichervolumen soll eine Reserve von etwa 3 Wochen beinhalten. Tagesverbrauch von Regenwasser Anwendung

Verbrauch

WC-Spülung (mit Spartaste)

25 l / Tag und Person

Waschmaschine

15 l / Tag und Person

Putzen Garten

2 l / Tag und Person 6 l / Tag und 100 m2 Grundfläche

Regenwasserbedarf = (25 + 15 + 2) x 5 + 6 x 5 = 240 l/Tag Wasservorrat = Speichergröße = 21 Tage x 240 l/Tag = 5040 l  5 m3 c) Bildung des Mittelwertes: Speichergröße =

6+5 = 5,5 m3 2

Planungsbeispiel Regenwassernutzungsanlage

257

3

Beispiele 3.1 Wohnhausanlage City X.6 Arch.: Haustechnik: Sanitärkonzept: Bauherr: Fertigstellung: TGA-Kosten:

Gert M. Mayr-Keber Peter Schütz Trennkanalisation Gebös 2002 984 500 €

Der Baukörper ist durch eine durchlässige Erdgeschosszone, in der die transparenten Zugänge zu den Stiegenhäusern und auch öffentliche Einrichtungen wie Café, Versorgungsräume und Jugendspielräume untergebracht sind, vom Boden abgehoben. Dadurch ergibt sich ein vergrößerter Freiraum, wie auch kürzere fußläufige Verbindungen. Die Baumasse selbst wird durch dieses Hochsetzen in Kombination mit dem aufgesetzten Dachgeschoss maßstäblich proportioniert. Abb. 103 Das mit einem Plattenfundament gegründete Gebäude wird im Erdgeschoss durch Säulen getragen, die Längs- und Queraussteifung erfolgt über die Stiegenhäuser und sonstigen Sondereinbauten im Erdgeschoss. Der Bauplatz ist durch schlechte Luftqualität und hohen Lärmpegel (Tangente) charakterisiert. Dichte Fenster sind deshalb aus Schmutz-, Schall- und energetischen Gründen unverzichtbar. Es wird daher ein Lüftungssystem vorgesehen, das in den Sanitärräumen Luft und Feuchte absaugt und Frischluft in die Wohnund Schlafbereiche einbringt.



Abb. 103: Ansicht Wohnblock hinter der als Schallschutz konzipierten Hochgarage

Abb. 104: Frischluftansaugung und Luftkollektor 

258

Es handelt sich um ein Wohnhaus mit 88 Wohnungen im 10. Wiener Bezirk, das vom Bauträger Gebös errichtet wurde. Der Baukörper ist Nord-Süd gerichtet und hinter einer als Schallschutz konzipierten Hochgarage parallel zum Straßenraum platziert. Das Wohngebäude ist als Laubengangtypus konzipiert; der Großteil der Loggien und auch Terrassen ist auf die Südseite orientiert. Zur Beschattung der privaten Außenräume ist eine Stahlkonstruktion vorgesehen, welche im Sommer durch intensive Begrünung die Beschattung übernehmen soll. Im Winter zeichnet sich dieselbe Konstruktion durch eine hohe Transparenz und Durchlässigkeit aus.

Sanitär

Die Außenluft für das gesamte Gebäude wird zentral im Garten über Wetterschutzgitter und Filter angesaugt und strömt durch Kunststoffrohre, die in frostfreier Tiefe im Erdreich verlegt sind. In der Erde findet im Winter eine Vorwärmung und im Sommer eine Vorkühlung der Luft statt. Über Bypassklappen kann die Lufttemperatur geregelt werden, wobei versucht wird, eine Frischlufttemperatur von 20 °C zu erreichen. Abb. 104 Aus dem Luftkollektor, der sich über die gesamte Gebäudelänge erstreckt, gelangt die Luft über Schächte in die Wohnungen, wobei jeweils sechs Wohnungen lufttechnisch an einen Schacht angeschlossen sind.

Abb. 105: Übersicht Kellergeschoss

Sanitärkonzept Sanitärtechnisch wurde ein konventionelles Trennsystem vorgesehen. Beim Straßenkanal handelt es sich aber um ein Mischsystem und so werden Regen- und Schmutzwasser gemeinsam abgeführt. Auf den folgenden Seiten werden Planungs- und Dimensionierungsschritte zur konventionellen Wasserver- und -entsorgung erläutert. Zuerst soll mit einem Überblick des Kellergeschosses die Lage der Schächte und des Haustechnikraumes geklärt werden. Abb. 105 In den Grundrissen wird die Leitungsführung zu und von den einzelnen Sanitärgegenständen weg, festgelegt (Abb. 106 bis 108). Wohnungsinterne Leitungen (Abb. 106 bis 111), sowie Steig- und Fallleitungen der Anlage (Abb. 115) werden danach anhand des Schachtes S2 genau untersucht. Zur besseren Übersichtlichkeit wird für jeden Wohnungstyp ein Schema im Aufriss erstellt (Abb. 109 bis 111), wo die Summe der Belastungswerte (BWs und AWs) abgelesen werden kann.

Abb. 106: Grundriss Typ 8

Wohnhausanlage City X.6

259



Abb. 107: Grundriss Typ 4



Abb. 108: Grundriss Typ 2 und 3

260

Sanitär



Abb. 109: Aufriss Typ 08 – S02 – OG6 und DG



Abb. 110: Aufriss Typ 04 – S02 – OG1 bis OG5



Abb. 111: Aufriss Typ 02 – S02 – Bar und Personal-WC

Wohnhausanlage City X.6

261

KW

WW

AWs

AR

Badewanne

2,50

2,50

1,00

0,00

Waschmaschine

1,00

0,00

1,00

0,00

Handwaschbecken

0,50

0,50

0,50

0,00

WC-Spülkasten

0,25

0,00

2,50

0,00

Küchenspüle

1,00

1,00

0,00

1,00

Geschirrspüler

1,00

0,00

0,00

1,00

Badewanne

2,50

2,50

2,50

0,00

Handwaschbecken

0,50

0,50

0,50

0,00

4 BW

9,25

7,00

8,00

2,00

AWs

AR

DG

Anschlüsse

OG 6

Typ 08 – S02 – OG 6 und DG

Abb. 112: Aufstellung BWs und AWs, Typ 08 – S02 – OG6 und DG

Typ 04 – S02 – RG Anschlüsse

KW

WW

Badewanne

2,50

2,50

1,00

0,00

Handwaschbecken

0,50

0,50

0,50

0,00

Waschmaschine

1,00

0,00

1,00

0,00

WC-Spülkasten

0,25

0,00

2,50

0,00

Küchenspüle

1,00

1,00

0,00

1,00

Geschirrspüler

1,00

0,00

0,00

1,00

4 BW

6,25

4,00

5,00

2,00

Abb. 113: Aufstellung BWs und AWs, Typ 04 – S02 – OG1 bis OG5

Typ 02 – S2 – Bar und Personal-WC Anschlüsse

KW

WW

AWs

AR

gewerbl. Gläserspüler

2,50

2,50

1,00

0,00

Küchenspüle

1,00

1,00

1,00

0,00

Zapfhahn 1/2"

1,00

0,00

1,00

0,00

Handwaschbecken

0,50

0,50

0,50

0,00

WC-Spülkasten

0,25

0,00

2,50

0,00

5,25

4,00

6,00

0,00

BW

Abb. 114: Aufstellung BWs und AWs, Typ 02 – S02 – Bar und Personal-WC

Davor wurde in einer externen Tabelle (Abb. 112 bis 114) für jeden Wohnungstyp die genaue Aufschlüsselung der Sanitärgegenstände mit ihren jeweiligen Belastungs- und Anschlusswerten durchgeführt.

262

Sanitär

Das Übereinanderordnen aller Aufrissschemata des betreffenden Schachtes (Strangschema) erleichtert die Übersicht über Steig- und Fallleitung sowie die Anzahl der Sanitärgegenstände (Abb. 115).

Abb. 115: Strangschema Schacht S2 und Fallrohr AR 2

Wohnhausanlage City X.6

263

Fixwerte



Abb. 116: Aufstellung der Berechnungsfixwerte

max. Fließgeschwindigkeit Wohnung Stockwerk Steigleitung Verbindungsleitung Verbindungsleitung isoliert

Norm [m/s] 1,00 1,20 1,50 2,00 2,50

Berechnungskonstante DN-Berechnung

35,70

Heizungskreislauf Qn (pro Wohneinheit)

[l/s] 0,04

DN-Tabelle Dimension DN 6 DN 8 DN 10 DN 15 DN 20 DN 25 DN 32 DN 40 DN 50 DN 65 DN 80 DN 100 DN 125 DN 150 DN 200

Gewinde 1/8" 1/4" 3/8" 1/2" 3/4" 1" 1 1/4" 1 1/2" 2" 2 1/2" 3" 4" 5" 6" 8"

gew. [m/s] 1,00 1,00 1,00 1,50 1,50 Qn=0,25* BW d=35,7* (Qn/v)

innen 006,2 010,8 014,5 016,0 021,6 027,2 035,9 041,8 053,0 068,8 080,8 105,3 130,0 155,4

Das Aufsummieren der Belastungswerte und in weiterer Folge die Berechnung des Durchflusses sowie die Bestimmung der Rohrdimension vom obersten bis ins unterste Stockwerk und weiter bis zum Haustechnikraum bzw. Kanal macht man am besten anhand einer Tabelle (Abb. 117). Die ermittelten Daten werden in das zuvor erstellte Strangschema eingetragen.

außen 010,2 015,5 019,2 021,3 026,9 033,7 042,4 048,3 060,3 076,1 088,9 114,3 139,7 165,1

Wand 2,00 2,35 2,35 2,65 2,65 3,25 3,25 3,25 3,65 3,65 4,05 4,50 4,85 4,85

Achtung: Die folgende Auslegungstabelle (Abb. 117) ist sowohl für Trinkwasser (WW + KW) als auch für die Trinkwasser-Heizung! Zum besseren Verständnis wurde im obersten Teil der Abb. 117 ein Wertschlüssel erstellt, der den Inhalt der Felder beschreibt.

Es wurden in den Rohrleitungen geringere Fließgeschwindigkeiten als in der Norm vorgeschrieben, gewählt (gew. [m/s]) (Abb. 116).



Abb. 117: Auslegungstabelle der Schächte S02 – S06, des Kollektorganges, der HaustechnikraumLeitungen und des Gesamtsystems

264

Sanitär

Wohnhausanlage City X.6

265

3.2 Wohnhausanlage Osramgründe, Wien Arch.: Haustechnik: Sanitärkonzept:

Abb. 119: Gesamtanlage 

Abb. 118: Lageplan

Bauherr: Fertigstellung:

 

Martin Treberspurg, Erik Steiner, Atelier 4 Wilhelm Hofbauer, Vienna Öko Syst, BWT Grauwasser-Wärmerückgewinnung und Wiederaufbereitung zur WC-Nutzung, Grundwassernutzung Wien-Süd 1999

Im Süden von Wien in unmittelbarer Nähe zu den bekannten Wohntürmen von Alt Erlaa entstand im 23. Wiener Bezirk eine NiedrigenergieWohnhausanlage mit besonderer Beachtung der passiven Sonnenenergienutzung. Zur Einsparung von Frischwasser und Energie für die Warmwasseraufbereitung wurde eine Anlage zur Grauwasser-Wärmerückgewinnung und Wiederaufbereitung mit anschließender Nutzung für die WC-Spülung ausgeführt. Abb. 118 Die Bebauung wurde möglichst weit am Nordrand des Grundstücks angeordnet, um einerseits aus dem Schatten der vorgelagerten Wohntürme zu rücken und andererseits trotz der hohen Wohnungsanzahl einen Großteil der Grundstücksfläche für Grün und Erholungszwecke freizuhalten, die durch die neue Bebauung gegen die kalten Nordwestwinde abgeschirmt werden. Die relative Dichte des Projektes wird durch die unmittelbare Nähe des Wohnparks Alt Erlaa mit seiner vorhandenen guten Infrastruktur und der guten Verkehrsanbindung mit der U6 gerechtfertigt. Abb. 119, 120 Die Wohnhausanlage umfasst 514 Wohnungen und ein Kindertagesheim mit drei Gruppen. Die Wohnbebauung besteht aus einem L-förmigen, 9-geschossigen Baukörper im Westen, einer entsprechend dem Verlauf des Liesingbaches geschwungenen Bebauung im Norden, die zwischen 6 und 9 Geschossen variiert und den fünfgeschossigen Punkthäusern im geschützten Hofbereich, wo auch das Kindertagesheim situiert ist. Der westlich gelegene, 2-hüftige Baukörper wird über eine großzügige, mehrgeschossig verglaste Stiegenhaushalle erschlossen. Durch die kompakte Bauweise weist dieser Baukörper mit ostund westorientierten Wohnungen nur geringe Wärmeverluste auf (Oberflächen/Volumsverhältnis = 0,12 m2/m3 – dieses beträgt bei einem Einfamilienhaus etwa den 8-fachen Wert). Die Wohnungen der übrigen Bauteile konnten konsequent nach Süden, zur Sonne orientiert werden. Durch diese optimierte Baukörper- und Wohnungsorientierung sowie die passive Nutzung der Sonneneinstrahlung kann der Energieverbrauch und die durch den Energieumsatz erzeugte Emission wesentlich reduziert werden. Abb. 121, 122

266

Sanitär



Abb. 122: Bebauung entlang des Liesingbaches und westlicher 2-hüftiger Baukörper

Abb. 121: Stiegenhaushalle 

Sanitärkonzept Wasserversorgung Für die allgemeine Gartenbewässerung erfolgt die Wasserentnahme aus Brunnen, die in der Nähe der Versickerungsschächte für das Regenwasser situiert sind. Das natürlich filtrierte Regenwasser wird ins separate Gartenbewässerungsnetz eingespeist. Für die Mietergärten wird das Wasser aus dem örtlichen Wassernetz entnommen. Alle sanitären Einrichtungsgegenstände mit Ausnahme der WCs werden über das örtliche Wassernetz versorgt. Für die WC-Spülung wird Nutzwasser aus Bäderschmutzwasser aufbereitet.



Grauwasser-Wärmerückgewinnung und Wiederaufbereitung Die mit einem separaten SchmutzwasserKanalnetz abgefangenen Abwässer der Bäder (Waschbecken, Dusche, Badewanne und Waschmaschine) werden zu einem unterirdischen Beton-Sammelbehälter mit einem Nutzvolumen von ca. 35 m3 geleitet. Dieser Grauwassersammelbehälter übernimmt einerseits die Funktion einer Abscheideanlage von absinkenden und schwimmenden Verunreinigungen und andererseits die Funktion eines Pufferspeichers für die nicht regelmäßig anfallenden Schmutzwässer. Von dort wird das Wasser, nachdem es einen Filter passiert hat, mit einer durchschnittlichen Resttemperatur

Wohnhausanlage Osramgründe, Wien

Abb. 120: Kindertagesheim vor Wohnbebauung

267



Abb. 123: Schema Wärmerückgewinnungsanlage Quelle: Fa. Menerga, Mühlheim an der Ruhr, 2000

von rund 23 °C konstant (4,5 m3/h) zu einer Wärmepumpenanlage geleitet. Mit dem gewonnenen Abwärmepotential werden 2,7 m3 Trinkwasser je Stunde auf ca. 33 °C erwärmt. Abb. 123 Das vorgewärmte Trinkwasser wird im Pufferspeicher deponiert und für den Warmwasserverbrauch zum Nachwärmen auf 55 °C zu den Fernwärmeboilern geleitet. Das bis auf ca. 10 °C abgekühlte Schmutzwasser wird in einem zweiten Betonbehälter mit ca. 20 m3 Nutzinhalt gesammelt. Dieser dient als Pufferspeicher für die Schmutzwasseraufbereitungsanlage, die pro Tag einen Durchsatz von ca. 30 m3 Wasser aufweist. Aus dem 2. Grauwassersammelbecken wird das Wasser über eine Drucksteigerungsanlage einer Flockungsfiltrationsanlage zugeführt. Hier wird über einen statischen Mischer vor dem Filtereintritt ein Flockungsmittel zudosiert. Das Grauwasser verweilt drei Minuten im Filterfreiraum, wo für eine ausreichende kolloidale Endstabilisierung, d.h. für eine Zerkleinerung in mikroskopisch nicht mehr sichtbare Teilchen gesorgt werden soll. Danach gelangt das Wasser in den vollautomatischen Mehrschichtfilter. Diese kombinierte chemisch-physikalische Klärung führt zur Reduktion des Gesamtphosphorgehaltes, zur Verminderung organischer Inhaltsstoffe, zur Reduktion von Bakterien und Viren sowie zur Minderung der Trübung.

268

Sanitär

Der Flockungsfiltrationsanlage ist eine Nanofiltration nachgeschaltet, wo das Wasser mit starkem Druck durch sehr feine Membranen gepresst wird. Bei der Nanofiltration wird aus dem vorgereinigten Grauwasser kontinuierlich ein Filtrat und ein Konzentrat hergestellt. Das Konzentrat wird zur Rückspülung des Mehrschichtfilters verwendet. Das Filtrat wird in einem Abgabesammelbehälter gespeichert. Nachfolgend ist eine UV-Entkeimungsanlage installiert, die mittels einer UV-Bestrahlungsdosis von mindestens 800 Joule/m2 und ihrem Dreikammernsystem (längere Verweilzeit) zur Abtötung der noch vorhandenen Viren und Bakterien führen soll. Abb. 124 Das aufbereitete Wasser wird in Nutzwasserbehältern aus Kunststoff, in Summe ca. 15 m3, deponiert. Diese Menge ist bei Spülungen ohne Benützung der Spartaste (6 l je Spülvorgang) für ca. 2.500 WC-Spülungen ausreichend und entspricht einem ca. halbtägigen WC-Spülwasserbedarf. Dem deponierten Nutzwasser wird zwecks Vermeidung der Wiederverkeimung Chlor zudosiert werden. Die berechneten Chlormengen sollen weniger als 0,1 mg/l Nutzwasser betragen. Über eine Drucksteigerungsanlage wird das Nutzwasser nach ordnungsgemäßer Aufbereitung zu den jeweiligen WCs gebracht. Das Nutzwasser-Rohrnetz (vom Trinkwasser-



Rohrnetz getrennt) ist zur Vermeidung von Verwechslungen und falschen Anschlüssen einheitlich aus Niroleitungen hergestellt. Das Trinkwasser-Rohrnetz wurde im Bereich des Kellers und der Stränge aus verzinkten Stahlrohren und im Wohnungsinneren aus Kupferrohren ausgeführt.

eingesetzten Chemikalien Teile der Geruchstoffe binden. Zum anderen soll eine Luftspülung im ersten Grauwassersammelbecken die Geruchstoffe abtransportieren. Man hofft mit diesen Änderungen den störenden Eigengeruch des Wassers vollständig zu beseitigen.

Zustandsbeschreibung (April 2000) Zur Zeit arbeitet die Anlage noch nicht ordnungsgemäß. Deshalb wird das aufbereitete Wasser nach der Entnahme der Wasserprobe in die Kanalisation abgeleitet.

Zustandsbeschreibung (Juli 2002) Das Grauwassersystem und die Wärmerückgewinnung sind außer Betrieb genommen worden, weil der Energieinput in die Wärmerückgewinnung größer war als die eingesparte Energie und weil die Geruchsprobleme beim Grauwasser nicht beseitigt werden konnten.

Die Anlage muss für sechs Monate im Probebetrieb einwandfrei arbeiten (Hygienegutachten), erst dann darf sie zur allgemeinen Nutzung freigegeben und an das NutzwasserVerteilnetz angeschlossen werden.

Abb. 124: Schema Wärmerückgewinnung aus Grauwasser und Grauwasseraufbereitung zur WC-Spülung

Probleme bei der Grauwasseraufbereitung erzeugt noch die Geruchsbelastung des aufbereiteten Wassers. Man versucht das Problem auf zwei Ebenen zu bekämpfen: Zum einen wird beim Rückspülen des Mehrschichtfilters starker Fäulnisgeruch freigesetzt. Die Flockungsanlage wurde so verändert, dass die

Wohnhausanlage Osramgründe, Wien

269

3.3 Bank Austria in Hirschstetten, Wien Arch.: Haustechnik: Sanitärkonzept:

Bauherr: Fertigstellung:



Abb. 125: Schönungsteich vor der Zweigstelle

Abb. 126: Grundrisse 

270

Sanitär

Bengt Sprinzl, Utz Purr Peter Schütz Grund- und Regenwassernutzung, Abwasseraufbereitung mit Pflanzenkläranlage Bank Austria 1996

Die erste energieautarke Bankfiliale Österreichs ist die Zweigstelle der Bank Austria in Hirschstetten, im Osten Wiens. Die Bank Austria wollte ein Zeichen in Richtung umweltgerechtem Bauen setzen. Ziel dieses Projektes war eine Optimierung und Harmonisierung von Mensch – Umwelt – Technik durch den Einsatz wiederverwertbarer, mit geringem Energieaufwand und schadstofffrei hergestellter Materialien, wie den hauptsächlich verwendeten Baustoffen Ziegel, Holz, Naturstein

Niederschlag



Abb. 127: Schema Regenwassernutzung mit anschließender Abwasseraufbereitung Schilfkläranlage Biotop Schönungsteich

Pumpenschacht

3-KammernKläranlage

oder Schafwolle. Durch einfache, natürliche, energiebewusste und umweltschonende Technik soll das Gebäude energetisch möglichst autark und sparsam arbeiten. Abb. 125, 126 Architektonisch fällt das Gebäude durch seine elliptische Form mit weit auskragendem Dach, das an einen Zylinderhut erinnert, auf. Die ovale Form erlaubt eine Reduzierung der Oberflächen (Wärmeverluste) im Vergleich zu einem rechteckigen Grundriss; Die „Hutkrempe“ dient als Sonnenschutz für das umlaufende Oberlichtband. Das Dach wurde als Gründach ausgeführt.

Sanitärkonzept Realisiert wurde eine Regenwassernutzungsanlage zur Verwendung des gesammelten Wassers für die WC-Spülung. Für die Grünflächenbewässerung sah man eine Grundwassernutzung vor. Bezüglich Abwasser entschied man sich zur Aufbereitung mit Hilfe einer Pflanzenkläranlage und anschließender Verdunstung im Schönungsteich. Regenwassernutzung Das Regenwasser, das auf das Dach fällt, wird über einen Schlammfang geleitet und in einer Zisterne gesammelt. Von dort erfolgt die Versorgung der WC-Anlagen über ein eigenes Rohrsystem. Grundwassernutzung In Perioden mit zuwenig Niederschlag ist es möglich, die Regenwasserzisterne über den

Hebeanlage

Regenwasserzisterne für WC-Spülung und Gartenbewässerung

Grundwasserbrunnen nachzuspeisen. Die gesamte Grünflächenbewässerung erfolgt ebenso über Grundwasser. Trinkwasser Das Gebäude hat eine Trinkwasserzuleitung aus dem öffentlichen Netz. Über ein eigenes Rohrsystem werden damit nur die Handwaschbecken und – aufgrund der Vorschreibung der Behörden – auch der Hydropflanzenbrunnen in der Kassenhalle versorgt (wegen der Verdunstung des Brunnenwassers in einem Arbeitsraum und weil dort Kinder das Brunnenwasser trinken könnten). Der Hydropflanzenbrunnen verbessert als natürlicher Raumluftbefeuchter das Mikroklima des Kassensaals und vermeidet Ionisationsaufladungen dieses Arbeitsraumes. Warmwasser Das Warmwasser wird wegen des geringen Bedarfs mit Hilfe eines 10 l-Elektro-Warmwasserboilers erzeugt, von dem aus die verschiedenen Handwaschbecken versorgt werden. Abb. 127 Abwasser Nach Klärung der Abwässer in einer DreiKammern-Kläranlage, in der eine mechanische Vorreinigung erfolgt und Feststoffe gesammelt werden (die ca. einmal jährlich entnommen und kompostiert oder in die kommunale Kläranlage gebracht werden), werden die verunreinigten Abwässer zu einer biologischen Pflanzenkläranlage geleitet. Abb. 128 Dabei wird die Reinigungswirkung eines Bodenfilters durch geeignete Bepflanzung erhöht und auf Dauer aufrecht erhalten. Dafür

Bank Austria in Hirschstetten, Wien

271



Abb. 128: Schilfkläranlage links, Schönungsteich rechts vor der Zweigstelle

hat sich die Schilfpflanze als sehr geeignet erwiesen. Sie entnimmt den Abwässern diverse Inhaltsstoffe als Nährstoff. Die intensive Wurzelaktivität der Schilfes sichert auf die Dauer die Durchströmbarkeit des Bodens, womit die bei reinen Bodenfiltern eintretende Verdichtung verhindert wird. Zusätzlich wird durch die Verdunstungsleistung des Schilfes (ca. 40 l/m2 und Tag) auch das lokale Klima positiv beeinflusst. Von der Schilfkläranlage werden die bereits gereinigten Abwässer in einen „Schönungsteich“, ein Biotop, eingeleitet. Allenfalls überschüssige Wassermengen, die nach der Verdunstung durch das Schilf bzw. durch die Oberflächenverdunstung des Biotops möglicherweise noch in kleinen Mengen anfallen, könnten, nachdem sie biologisch vollkommen gereinigt sind, über eine Überlaufschwelle geführt und in den angrenzenden Wiesenflächen zur Versickerung gebracht werden. Dies ist allerdings aufgrund wasserrechtlicher Bestimmungen und durch die Forderung der Behörde nach Einleitung in den öffentlichen Kanal derzeit nicht zulässig. Für eine Versickerung wären regelmäßige Stichproben über die Wasserqualität nötig.

272

Sanitär

Biologische Untersuchungen am Austritt der Pflanzenkläranlage bezüglich der Wasserqualität haben allerdings ergeben, dass das Wasser Trinkwasserqualität hat. Zustandsbeschreibung (Juli 2002) Das Sanitärkonzept mit Pflanzenkläranlage und Regenwassernutzung funktioniert gut.

4

Abkürzungsverzeichnis AR AW BGBl BW DN FFOK IW KW L Lü MW NK Qn RDOK RiR RL RW SW v VL WW Z

Fallrohr Anschlusswert Abwasser Bundesgesetzblatt Belastungswert Frischwasser Nenndurchmesser Fertigfussbodenoberkante Industriewasser Kaltwasser Lüftungsleitung des Fallrohres Lüftung Mischwasser Notkamin Durchflusstärke Rohdeckenoberkante Rohr im Rohr Rücklauf Regenwasser Schmutzwasser Fließgeschwindigkeit Vorlauf Warmwasser Zirkulation

Abkürzungsverzeichnis

273

5

Quellenverzeichnis architektur Fachmagazin, Sanitär + Haustechnik. März 2000 Laser Zeitschriftenverlag, Perchtoldsdorf, S 36–44

LEYTEC, Österreich-Vertretung Ost: Graf & Partner KEG; Wasserbehandlung, Prof. Gustav Moißl Straße 8, A-2000 Stockerau, Stand: 2000

Christof Riccabona; Baukonstruktionslehre 3 – Haustechnik. 1996 Manz Verlags- und Universitätsbuchhandlung, Wien

MENERGA Energie Systeme, Wärmerückgewinnungsanlagen für Abwasser; Gutenbergstraße 51, D-45438 Mülheim an der Ruhr, Stand: 2000

BUNDESGESETZBLATT FÜR DIE REPUBLIK ÖSTERREICH; Jahrgang 1983, 218. Verordnung: Allgemeine Arbeitnehmerschutzverordnung – AAV, IX. Abschnitt §§ 83–87

OC-WASSERTECHNIK-GMBH; Wasserbehandlung, Heinrich-Hertz-Straße 28, D-78052 VS-Villingen, Stand: 2000

BUNDESGESETZBLATT FÜR DIE REPUBLIK ÖSTERREICH; Jahrgang 1994, 450. Bundesgesetz: ArbeitnehmerInnenschutzgesetz – ASchG § 27 DIN 2440, Stahlrohre, Mittelschwere Gewinderohre. Juni 1978 Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin DIN 4708 Teil 2, Zentrale Wassererwärmungsanlagen – Regeln zur Ermittlung des Wärmebedarfs zur Erwärmung von Trinkwasser in Wohngebäuden. April 1994 Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin

OCHSNER; Wärmepumpen, Autobahnstraße 2, A-3350 Stadt Haag, Stand: 2000 PURATOR Umwelttechnik Ges.m.b.H.; Abwasserhebeanlagen, Mosetiggasse 3, A-1232 Wien-Inzersdorf, Stand: 1999 SCHIFF & STERN KG; Warmwasserbereitung, Haidestraße 3a, A-1110 Wien, Stand: 2000 ZT-BÜRO DR. SCHÜTZ; Dr. Peter Schütz, Mauerbachstraße 42, A-1140 Wien

EN 54-1 Brandmeldeanlagen – Teil 1: Einleitung. 03/1996

TECHNISCHES BÜRO HOFBAUER; Penzinger Straße 58, A-1140 Wien

BERGER Ges.m.b.H. & Co. KG; Regenwassernutzung, Stadtplatz 50, A-4690 Schwanenstadt, Stand: 1999

TREBERSPURG & PARTNER Ziviltechniker Ges.m.b.H.; Arch. Dipl.-Ing. Dr. Martin Treberspurg, Penzinger Straße 58, A-1140 Wien

BWT AG, best water technology; Walter-SimmerStraße 4, A-5310 Mondsee, Stand: 2000 CHEMOWERK GmbH; Regenwassernutzung, OT Strümpfelbach, Postfach 5160, D-71376 Weinstadt, Stand: 1999 FRÜHWALD GmbH & Co KG; Kleinkläranlagen, Römerweg 3, A-8430 Tillmitsch/Leibnitz, Stand: 1999 KAUTEX WERKE, Reinhold Hagen AG; Regenwassernutzung, Kautexstraße 52, D-53229 Bonn, Stand: 1999

274

Sanitär

VOGEL Pumpen; Druckerhöhungsanlagen, Ernst-Vogel-Straße 2, A-2000 Stockerau, Stand: 2000 Dipl.-Ing. Karl Volger; Haustechnik – Grundlagen, Planung, Ausführung. 3. Auflage, 1966 B. G. Teubner Verlagsgesellschaft, Stuttgart H. Nagl; Klimageographie. Skriptum des Institutes für Geographie/Physische Geographie, S. 125, 1993 Universität Wien Konsument, Das österreichische Testmagazin; Heft 12/1999, Verein für Konsumenteninformation, Mariahilfer Straße 81, A-1060 Wien,

Magistrat der Stadt Wien; MA 31 – Wiener Wasserwerk, Grabnergasse 4–6, A-1060 Wien, Stand: 2000 Hans Mönninghoff, Hrsg.; Ökotechnik, Wasserversorgung im Haus: Wasserspartechnik, doppelte Wassernetze, Regenwassernutzung, Grauwasserreinigung, Politische Handlungsmöglichkeiten. 1988 ökobuch Verlag, Staufen bei Freiburg

Universitätslektor Dr. A. Glaninger, Klaus W. Usemann; in: Schwerpunkte neuzeitlicher Sanitärtechnik. Artikel „Ein Beitrag zur Berechnung von Rohrnetzen von Sprinkleranlagen“, 1991 Oldenbourg-Verlag, Wien TAB Technik am Bau – Technische Gebäudeausrüstung, Artikel „Sanitär/Bank Austria“, Heft 9/1996, Bertelsmann-Verlag

Öko-Zweigstelle; Folder der Bank Austria/Abteilung Bauen und Technik

Wellpott, Edwin; Technischer Ausbau von Gebäuden. 5. Auflage, 1992 Kohlhammer Verlag, Stuttgart

ÖNORM B 2501 Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke – Bestimmungen für Planung und Ausführung; Österreichisches Normungsinstitut, Wien, 1. Dez. 1980

Zentralanstalt für Meteorologie, Hohe Warte, Wien

ÖNORM B 2502-1 Kleinkläranlagen (Hauskläranlagen) für Anlagen bis 50 Einwohnerwerte – Anwendung, Bemessung, Bau und Betrieb; Österreichisches Normungsinstitut, Wien, 1. Juli 1994 ÖNORM B 2502-2 Kleine Kläranlagen, Anlagen von 51 bis 500 Einwohnerwerten – Anwendung, Bemessung, Bau und Betrieb; Österreichisches Normungsinstitut, Wien, 1. Dez. 1995 ÖNORM B 2531-1 Trinkwasserversorgungseinrichtungen in Grundstücken – Richtlinien für Planung, Bau und Betrieb; Österreichisches Normungsinstitut, Wien, 1. Juli 1975 ÖNORM B 2531-2 Trinkwasserversorgungseinrichtungen in Grundstücken – Bemessung der Rohrleitungen; Österreichisches Normungsinstitut, Wien, 1. Dez. 1978 ÖNORM B 2532 Anschlussleitungen für Wasserleitungsanlagen – Richtlinien für Bau und Betrieb; Österreichisches Normungsinstitut, Wien, 1. Feb. 1975 ÖNORM B 5410 Sanitärräume im Wohnbereich – Planungsgrundlagen; Österreichisches Normungsinstitut, Wien, 1. April 1998

Quellenverzeichnis

275

Elektro

1

Überblick

278

1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.1.6 1.1.7 1.1.8 1.1.9 1.1.10 1.2

Grundlagen und Begriffe Spannung Strom Leistung Arbeit Widerstand Spannungsarten Das EVU Phasenverschiebung und Blindleistung Drehstrom, Dreiphasenwechselstrom Die TAEV Gefahren elektrischer Energie und Schutzmaßnahmen Brandgefahr und Leitungsschutz Körperschluss und FI-Schalter Blitz und Blitzschutzanlage Elektrobiologische Gefahren und Gegenmaßnahmen Energieeinsparung Vermeidungen, Substitutionen Geräteeffizienz Standby Intelligente Bussysteme Lastmanagement Kraft-Wärme-Kopplung Stromerzeugung, Energiebereitstellung Konventionelle Energiebereitstellung Alternative Energiebereitstellung Blockheizkraftwerke BHKW-Typen Betriebsarten Vor- und Nachteile von BHKWs Windkraft Arten von Windenergiekonvertern Betriebsarten Vor- und Nachteile von Windenergiekonvertern Photovoltaik Zelltypen Betriebsarten Architektonische Integration von Photovoltaik Vor- und Nachteile von Photovoltaik Brennstoffzellen Brennstoffzellentypen Vor- und Nachteile von Brennstoffzellen Primäre Elektroinstallation Verteilung, Überlandleitungen Anschluss von Großverbrauchern Anschluss von kleinen Objekten Fundamenterder und Potentialausgleich Zähleranlage Sekundäre Elektroinstallation Stromkreisverteiler Leitungsführung Wohnungsinstallation Büroinstallation Industrieinstallation

278 278 278 278 279 279 279 279 279 280 281

1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.2.1 1.4.2.1.1 1.4.2.1.2 1.4.2.1.3 1.4.2.2 1.4.2.2.1 1.4.2.2.2 1.4.2.2.3 1.4.2.3 1.4.2.3.1 1.4.2.3.2 1.4.2.3.3 1.4.2.3.4 1.4.2.4 1.4.2.4.1 1.4.2.4.2 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.5.5 1.6 1.6.1 1.6.2 1.6.2.1 1.6.2.2 1.6.2.3

281 281 282 283 283 284 284 285 286 286 287 287 287 287 288 288 288 288 288 289 289 290 291 291 291 292 292 293 293 293 293 294 294 294 295 295 296 296 296 297 297 298 299

2

Planung

300

3

Ausgeführte Beispiele

334

2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.1.7 2.1.8 2.1.9 2.1.10 2.1.11 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.2.1 2.2.2.2 2.2.2.3 2.2.2.4 2.2.2.4.1 2.2.2.4.2 2.2.2.5 2.2.2.6 2.2.2.7 2.2.3 2.3 2.3.1 2.3.2

Basisplanung: Elektrotechnik Abklärung des Planungszieles Erdung und Potenzialausgleich Blitzschutz Aufnahme der Anschlussleistungen Ermittlung des Anschlusswertes EVU-Anschlussantrag/Lastmanagement Platzvorhaltungen und Hauptleitungstrassen Bilden der Stromkreisaufstellung Stromausfallsschutz Ausschreibung, Vergabe Ausführungsphase Spezialplanung: Alternativenergie, Eigenversorgung Leistungsbedarfsanalyse und Versorgungsstrategie Photovoltaik Architektonische Integration/Standortanalyse Berechnung der PV-Anlagenfläche Auslegung der Photovoltaikanlage Hinweise für die Ausführung Allgemeines Montage der PV-Paneele Kostenanalyse Genehmigungen, Meldungen, Behördenwege Spezielle Anwendungsbereiche Windenergie Spezialplanung: Elektrobiologie Grundsätzliches zu H- und E-Feld Vermeidung und Verminderung von E- und H-Feldern Allgemeine Richtlinien Einfamilienhausneubau Installationswände I-Wände und Abschirmung Netzfreischalter Mehrfamilienhaus Altbausanierung Grenzwerte für E- und H-Felder Planungsbeispiel Bürohaus Abklärung des Planungsziels Aufnahme der Anschlussleistungen Ermittlung des Anschlusswerts Anschlussantrag beim zuständigen EVU Platzvorhaltungen und Hauptleitungstrassen Bilden der Stromkreisaufstellung Anschlussplatzierung in den Grundrissen

300 300 300 302 303 305 308 309 309 310 311 311 314 314 316 316 316 318 320 320 320 320 321 321 321 322 322

3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6 3.2 3.2.1 3.2.1.1 3.2.1.2 3.2.1.3 3.2.1.4 3.2.1.5 3.2.1.6 3.2.2 3.2.2.1 3.2.2.2 3.2.2.3

Projekt: Bank Austria Die Photovoltaik-Anlage Die Windkraftanlage Das Energiemanagementsystem Die elektrobiologische Installation Die Beleuchtung Die Schwachstromanlagen Projekt: Bürohaus Mörtl Technische Beschreibung Installation Stromkreise und Verteiler Sicherheit und Blitzschutz Kommunikationsanlagen Rampenheizung Energiemanagement Die Blitzschutzanlage Die Erdung Die Ableitung Die Fangvorrichtung

334 334 335 336 336 337 337 338 338 339 339 339 340 340 340 340 340 341 341

4

Symbole und Plandarstellung

342

5

Normenverzeichnis

344

6

Quellenverzeichnis

346

7

Adressenverzeichnis

348

2.3.3 2.3.4 2.3.4.1 2.3.4.2 2.3.4.3 2.3.5 2.3.6 2.3.7 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.4.6 2.4.7

323 323 324 324 325 326 327 327 327 328 329 329 330 330 330 331 333

1

Überblick 1.1 Grundlagen und Begriffe

Abb. 1: Leistung, das Produkt aus Strom und Spannung 

Die grundlegenden Begriffe der Elektrizität lassen sich zum Zwecke des elementaren Verständnisses mit den Verhältnissen in einer Wasserleitung modellhaft vergleichen.

Da außer in Heizgeräten oder Glühbirnen eine Erwärmung üblicherweise nicht erwünscht ist bzw. sogar eine Brandgefahr darstellt, wird aufgrund der Höhe des fließenden Stromes der dafür erforderliche Leitungsquerschnitt A = [1 mm2] gewählt.

1.1.3 Leistung Die elektrische Leistung ist das Produkt aus Strom und Spannung (P = U  I) und stellt das potentielle bzw. auf einen Betrachtungsmoment bezogene Leistungsvermögen eines elektrischen Betriebsmittels (Motor, Beleuchtung, Wärmequelle etc.) dar. Abb. 1 Beispiele für elektrische Leistungen:

Leistung P = 1 Watt [W]

1.1.1 Spannung

Spannung U = 1 Volt [V]

Die treibende Kraft in der Wasserleitung ist der Druck; dieser ist mit der elektrischen Spannung, welche mit dem Formelzeichen U dargestellt und in der Einheit Volt gemessen wird, vergleichbar. Ähnlich wie der Wasserdruck die notwendigen Dichtungsmaßnahmen bedingt, wird durch die Höhe der Spannung die erforderliche elektrische Isolation des Leiters bestimmt. Beispiele für Spannungen: Gewitterblitz 1000000 V Überlandverbundleitungen 380000 V Bundesbahn-Fahrleitung 6000 V Drehstromsteckdose 400 V Haushaltssteckdose 230 V Autobatterie 12 V Mignon-Batterie 1,5 V Antennen 0,0001 V Gehirn 0,000001 V

1.1.2 Strom Strom I = 1 Ampere [A]

278

Der Strom (I) entspricht der durch die Leitung fließenden Wassermenge und wird in Ampere gemessen. Je mehr Strom in einem Leiter fließt und je kleiner der Leiterquerschnitt ist, um so mehr Reibung entsteht, die eine Erwärmung bewirkt.

Elektro

Radio Glühbirne Kühlschrank Staubsauger Boiler Elektroherd Sauna

0,04 kW 0,10 kW 0,12 kW 1,30 kW 4,00 kW 7,50 kW 10,00 kW

Wie auch beim Automobil wird die Leistung immer in der SI-Einheit (Internationales Einheitensystem) Watt [W] angegeben. Das PS (Pferdestärke 1 PS = 736 W = 0,736 kW) ist keine gültige Einheit mehr, kann aber, aufgrund seiner Bekanntheit, als Zusatzangabe angeführt werden. VW Käfer VW Lupo 3L Ferrari Testarossa

Leistung: Leistung: Leistung:

26 kW (35 PS) 45 kW (61 PS) 298 kW (405 PS)

Die beim Elektrizitätsversorgungsunternehmen (EVU) für ein haustechnisches Elektroinstallationsprojekt zu beantragende Anschlussleistung ergibt sich aus der Summe der einzelnen Anschlusswerte der Elektroverbraucher unter Einbindung eines Gleichzeitigkeitsfaktors, welcher berücksichtigt, dass nie alle Verbraucher zur selben Zeit in Betrieb sind. Der Anschlusswert, ohne Gleichzeitigkeitsfaktor, für eine durchschnittliche Wohnung ohne E-Heizung beträgt heute ca. 45,5 kW, welche sich folgendermaßen aufschlüsseln lassen: Nahrungszubereitung: Geschirrspülen: Wäschepflege: Körperpflege: Gemeinschaftsbereiche: Individualbereiche:

22,0 kW 3,5 kW 12,0 kW 2,0 kW 3,0 kW 3,0 kW 45,5 kW

1.1.4 Arbeit Die Arbeit ist die tatsächlich in der Zeit verrichtete Leistung (W = P  t). Abb. 2 Wenn eine Glühbirne mit einer Leistung von 100 W (0,1 kW) 5 Stunden lang eingeschaltet ist, so leistet sie eine Arbeit von 0,5 kWh (Kilowattstunden). Diese verrichtete Arbeit von 0,5 kWh wird vom Stromzähler gemessen, angezeigt und muss dem Energielieferanten bezahlt werden. Beispiele für elektrische Arbeit: 3 Stunden Farbfernsehen 0,8 kWh 30 Minuten Staubsaugen 0,5 kWh 10 Stunden 100 W-Lampe 1,0 kWh 1x Kochwäsche mit Vorwäsche 2,0 kWh 1x Vollbad 5,0 kWh 1 Monat 120 l Kühlschrank 20,0 kWh

1.1.5 Widerstand Wird in unserer Wasserleitung der Hahn (Widerstand R) teilweise geschlossen, so stellt er dem Wasserdruck (Spannung U) einen Widerstand (R) entgegen und die fließende Wassermenge (Strom I) verringert sich entsprechend diesem Widerstand, welcher in Ohm gemessen wird. Im elektrischen Stromkreis steigt der Stromfluss, wenn der Widerstand sinkt. Ist der Widerstand Null (direkte Verbindung zweier unter Spannung stehender Drähte), so spricht man von einem Kurzschluss, wobei der Strom theoretisch ins Unendliche steigen würde, was aber durch die vorgeschalteten Sicherungen verhindert wird. Wird eine Spannung an einen Verbraucher angelegt, so bestimmt also der elektrische Widerstand des Verbrauchers die Höhe des fließenden Stromes. Diese lineare Beziehung wird durch das Ohmsche Gesetz beschrieben: U = RI Widerstand R = 1 Ohm [7]

1.1.6 Spannungsarten



die üblicherweise einer Sinusfunktion folgen. Die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde wird als Frequenz bezeichnet. In Europa beträgt die übliche Netzfrequenz 50 Hertz. In der haustechnischen Energieanwendung wird hauptsächlich mit Wechselspannung gearbeitet, da sie in Transformatoren sehr einfach umgespannt – auf höhere oder niedrigere Spannung gebracht – werden kann. Weiters kann mittels Wechselstrommotoren die elektrische Energie sehr effektiv und kostengünstig in mechanische Arbeit – Rotation – umgewandelt werden.

Abb. 2: Arbeit, das Produkt aus Leistung und Zeit Arbeit W = 1 [Ws] (Wattsekunde) 1 Ws = 1 J (Joule) 3600 Ws = 1 Wh (Wattstunde) 1000 Wh = 1 kWh Frequenz F = 1 Herz [Hz]

Umgangssprachlich – technisch jedoch nicht ganz korrekt – werden folgende Begriffe verwendet: Wechselspannung: Einphasige Wechselspannung 1 x 230 Volt, 50 Herz Drehstrom: Dreiphasige Wechselspannung 3 x 400 Volt, 50 Hertz

1.1.7 Das EVU Das EVU ist das jeweils zuständige ElektrizitätsVersorgungs-Unternehmen, welches nach § 6 des Energiewirtschaftsgesetzes verpflichtet ist, in seinem Versorgungsgebiet jedermann zu den verlautbarten Bedingungen (TAEV + Allgemeine Bedingungen) an seine Verteilungsanlagen anzuschließen und mit elektrischer Energie zu versorgen. Zur Verfügung gestellt wird Drehstrom mit einer Spannung von 3 x 400 Volt bei einem sinusförmigen Schwingungsverlauf und einer Netzfrequenz von 50 Hz.

Gleichspannung (DC): Der Betrag der Spannung sowie die Polarität bleibt über die Zeit konstant. Diese Spannungsform wird von Batterien, Akkumulatoren und Solarzellen geliefert.

1.1.8 Phasenverschiebung und Blindleistung

Wechselspannung (AC): Betrag und Polarität der Spannung ändern sich in periodischen Zyklen,

Bei rein ohmschen Verbrauchern laufen Strom und Spannung in Phase, was bedeutet, dass

Grundlagen und Begriffe

279

beide Größen zum jeweils selben Zeitpunkt ihre Scheitelwerte (Höchst- und Tiefstwert) und ihre Nulldurchgänge besitzen. Wenn auch kapazitive (Kondensatoren) oder induktive (Spulen) Widerstände bzw. Verbraucher an eine Wechselspannung angeschlossen werden, so kommt es zu einer Phasenverschiebung, die Strom und Spannungsverläufe verschieben sich gegeneinander. Angegeben wird die Phasenverschiebung durch den COS X,



Abb. 3: Drehstromgenerator, Schaltbild, Spannungsverlauf über die Zeit

Abb. 4: Anschlussmöglichkeiten im Dreiphasennetz

wobei X der Winkel zwischen Strom und Spannung im Zeigerdiagramm ist. Da bei kapazitiven Verbrauchern der Strom mit X = 90° voreilt, bei induktiven Verbrauchern aber um X = 90° nacheilt, kann durch geeignete Kombination die Phasenverschiebung wieder kompensiert werden X = 0° oder cos X = 1. COS X /Blindleistung Durch diese Phasenverschiebung entsteht eine Blindleistung, welche zwar effektiv nicht verbraucht wird, aber sehr wohl die Leitungen und Betriebsmittel des EVUs belastet. Wenn ein Stromkunde eine bestimmte tolerierte Phasenverschiebung überschreitet, so muss die „verbrauchte“ Blindleistung dem EVU bezahlt werden.



1.1.9 Drehstrom, Dreiphasenwechselstrom In den Kraftwerken stehen zur Energieerzeugung Generatoren, welche drei, räumlich um je 120° verschobene Magnetspulen besitzen. Es werden daher bei einer Umdrehung drei Spannungen in die Spulen induziert, die zeitlich verschoben ihren jeweiligen Scheitelpunkt bzw. Nulldurchgang erreichen. Abb. 3 Grundsätzlich wird jedes Haus vom öffentlichen Netz mit einem derartigen Vierleiter-Dreiphasenwechselstrom versorgt, wobei der vierte Leiter der Neutralleiter ist, der den Stromrückfluß bewerkstelligt und somit den Stromkreis schließt. Im Hausverteiler werden dann den Motoren und Geräten größerer Leistung (ca. ab 2200 W) alle drei Phasen mit einer Spannung von 400 V oder den kleineren Verbrauchern nur eine einzelne Phase mit 230 V zugeführt. Abb. 4 In Schaltplänen werden die Leitungen, an welchen die Spannung anliegt, mit L bzw. L1, L2, L3 oder mit U, V, W, der Rückleiter (Neutralleiter) mit N, der Schutzleiter mit PE oder der Schutzneutralleiter mit PEN bezeichnet. Drehstromverbraucher:

Einphasenverbraucher:

Küchenherd, Backrohr Geschirrspülmaschine Großwaschmaschinen Aufzugs- und Fördermotoren Baumaschinen Klimaanlage Drehstromsteckdosen (400 V)

Beleuchtung kleinere Waschmaschine Tischventilator Computer Unterhaltungselektronik Staubsauger Steckdosenverbraucher (230 V)

Weiters wird die Spannung aufgrund Ihrer Höhe in folgende Gruppen unterteilt: Höchstspannung: Hochspannung: Mittelspannung: Niederspannung: Kleinspannung: kV (KiloVolt) 1 kV = 1000 V

280

Elektro

U > 150 kV U = 55–150 kV U = 1–55 kV (Großgebäude m. Trafo) U < 1000 V (Haushalt, Büro, Gewerbe) U < 42 V (Elektronik, Telefon, …)

1.1.10 Die TAEV Die TAEV sind die Technischen Anschlussbedingungen mit Erläuterung der einschlägigen Vorschriften für elektrische Starkstromanlagen mit Betriebsspannungen unter 1000 Volt. Dieses Regelwerk wird in Form einer ständig zu aktualisierenden Ringmappe mit Einlageblättern in bundeseinheitlicher Fassung vom Verband der Elektrizitätswerke Österreich, Brahmsplatz 3, 1040 Wien herausgegeben. Die Einhaltung der TAEV einschließlich der in den einzelnen Bundesländern geltenden Rechtsnormen – den Allgemeinen Bedingungen des jeweiligen EVUs – sind für den Anschluss an das öffentliche Stromversorgungsnetz verpflichtend und müssen daher beachtet werden.

1.2 Gefahren elektrischer Energie und Schutzmaßnahmen Elektrizität selbst ist unsichtbar und nur an ihren Wirkungen zu erkennen. Folgende grundlegende Wirkungen können von Elektrizität ausgehen: Wärmewirkung – Elektrizität kann durch Elektronenbewegungen Wärme erzeugen. Die üblichste Form der elektrischen Wärmewirkung wird durch Reibung in elektrischen Widerständen hervorgerufen. Dieses Prinzip wird bei Elektroöfen, Haarföhns oder Elektroherden angewandt. Lichtwirkung – Starke Erwärmung eines Drahtes bringt ihn zum Glühen, was seinerseits ein Ausstrahlen von sichtbarem Licht bewirkt und in allen Arten von Glühbirnen zur Anwendung kommt. In glühfadenlosen Leuchtmitteln wie beispielsweise Leuchtstoffröhren wird meist durch die Ionisation von Gas und durch die Mithilfe von lumineszenten Leuchtschichten sichtbares Licht erzeugt. Magnetische Wirkung – Jeder stromdurchflossene Leiter erzeugt ein magnetisches Feld, welches mechanische Kräfte ausüben oder Spannungen in anderen Leitern induzieren kann.

Elektromotoren, Transformatoren und Lautsprecher nutzen die magnetische Wirkung der elektrischen Energie. Elektrostatische Wirkung – Elektrizität kann elektrostatische Felder aufbauen und Ladungen trennen; diese Wirkung wird beispielsweise in Kondensatoren oder Pulverbeschichtungsanlagen genutzt. Chemische Wirkung – Elektrizität kann chemische Vorgänge bewirken bzw. durch diese hervorgerufen werden. Anwendungsbeispiele dieser Wirkung sind Batterien, Akkumulatoren oder Galvanisierungsanlagen. Elektrobiologische Wirkung – Elektrizität, im besonderen ihre magnetische und elektrostatische Wirkung, kann Einflüsse auf den Körper, das Wohlbefinden und die Gesundheit von Menschen und Tieren haben.

1.2.1 Brandgefahr und Leitungsschutz Da – wie bereits erwähnt – elektrische Energie Wärme erzeugen kann, birgt sie auch eine nicht zu unterschätzende Brandgefahr in sich. Die Erwärmung kann, wie an Glühbirnen oder Heizgeräten ersichtlich ist, bis zum Glühen der Leiter führen und muss deswegen außerhalb dieser speziellen dafür vorgesehenen Geräte unbedingt verhindert werden. Je höher der fließende Strom ist, desto mehr Fläche an leitendem Material muss dem Strom zur Verfügung gestellt werden. Um den maximal für eine Leitung zulässigen Strom nicht zu überschreiten, werden Sicherungen eingebaut. Kurzschluss Weiters muss, um einen brandgefährlichen Kurzschluss (Schließen eines Stromkreises ohne Widerstand) zu verhindern, jeder spannungsführende Teil einer elektrischen Anlage ausreichend gegeneinander und gegen Erde isoliert sein. Schmelzsicherung Bei der Schmelzsicherung fließt der Leitungsstrom durch einen kurzen dünnen Draht in einem mit Quarzsand gefüllten Gehäuse aus Porzellan. Fließt mehr als der Nennstrom der

Gefahren elektrischer Energie und Schutzmaßnahmen

281

Sicherung, so schmilzt der Draht und unterbricht den Stromkreis. Die Sicherung muss anschließend entsorgt und erneuert werden. Bis zu einem Auslösestrom von 16 A wird die Neozed, bis zu 25 A die Diazed Bauart verwendet. Abb. 5 

Abb. 5: Nennstrom und Kennfarbe von Schmelzsicherungen

Leitungsschutzschalter (Abb. 6) Ein kleiner Elektromagnet löst beim wesentlichen Überschreiten des Nennstromes einen Schalter aus, welcher den Stromkreis unterbricht. Zusätzlich ist als Überlastschutz ein thermischer Bimetallauslöser integriert. Nach dem Beheben des für die Auslösung verantwortlichen Fehlers, kann der Leitungsschutzschalter welcher umgangssprachlich als Automat bezeichnet wird, sofort wieder eingeschaltet werden und übernimmt erneut seine Schutzaufgabe.



Abb. 6: Automat geöffnet

1.2.2 Körperschluss und FI-Schalter Da auch der menschliche Körper in seinen inneren Abläufen mit elektrischer Energie arbeitet, ist ein zusätzliches Einbringen von Strom sehr gefährlich. Wird ein elektrischer Stromkreis über einen Menschen geschlossen, so arbeitet sein Körper als elektrischer Leiter, über welchen ein Strom fließt; dieser Vorgang wird als Körperschluss bezeichnet.



Abb. 7: Mögliche Wege eines Körperschlusses (Stromkreis über den Menschen)

282

Da das öffentliche Netz in einem Pol der Spannungsquelle geerdet ist, kann ein Körperstromfluss über den Neutralleiter oder über Erde, das heißt über ein Zentralheizungsrohr, eine Wasserleitung oder einen leitenden Fußboden geschlossen werden. Abb. 7 Es kann von Schockwirkung zu Muskelverkrampfungen (der Betroffene kann den elektrischen Leiter nicht mehr loslassen) bis zu schweren Verbrennungen und sogar tödlichem

Elektro

Herzkammerflimmern führen – das führt schon nach kurzer Zeit zu bleibenden Gehirnschäden und nach etwa 3 Minuten zum Tod. Die Wärmewirkung (Verbrennungen) sowie die lebensbedrohende Wirkung (Herzkammerflimmern) ist ausschließlich von der durch den Körper fließenden Stromstärke abhängig, die Höhe der Spannung ist nur insoweit beteiligt, als sie den Strom durch den Körper treibt und nach dem Ohmschen Gesetz in Zusammenhang mit dem menschlichen Widerstand die Stromstärke bestimmt (I = U/R). Da dieser Körperwiderstand von ca. 10000 Ohm (isolierende Kleidung) bis zu wenigen hundert Ohm (Sitzen in der Badewanne) variieren kann, ergibt sich daraus eine Gefährdung ab einer Spannung von 65 V. Ab dieser Spannung kann es, je nach Körperwiderstand, zu einem lebensgefährlichen Stromfluss von über 50 mA über das Herz kommen. Als Gegenmaßnahme müssen daher erstens alle spannungsführenden Betriebsteile in einer haustechnischen Elektroinstallation durch Isolation gegen zufällige Berührung geschützt sein. Zweitens müssen Fehlstromschutzschalter vorgesehen werden und schließlich ist für entsprechende Erdung und Nullung zu sorgen. Fehlerstromschutzschaltung, FI -Schalter In einem Fehlerstromschutzschalter (FI) überwacht ein Summenstromwandler, ob die Summe aller zufließenden Ströme gleich der Summe aller abfließenden Ströme ist. Wenn dies nicht der Fall ist, fließt ein Teil des Stromes über eine fehlerhafte Isolierung oder die lebensgefährliche Berührung eines Menschen über die Erde ab und der FI unterbricht den Stromkreis. Abb. 8 Der Nennstrom des FI- Schalters ist jener Betriebsstrom, für welchen die Leitungsquerschnitte des Gerätes ausgelegt sind. Der Nennfehlerstrom (0,015 A bis 0,5 A) ist jener Fehlerstrom, bei dem der FI nach spätestens 0,5 Sekunden den Stromkreis unterbricht. Bereits bei einem kleinen Isolationsfehler eines einzigen Gerätes, das an einem FI-überwachten Stromkreis hängt, schaltet der FI sämtliche an ihm angeschlossene Stromkreise ab. Bei manchen Wohnungsinstallationen wird nur ein einziger FI-Schalter vorgesehen, was bedeutet, dass die gesamte Wohnung im Fehlerfall spannungsfrei und damit dunkel ist. Um dies

zu verhindern, wird dringend geraten, mindestens zwei getrennte FI -Schalter pro Einheit vorzusehen. Für Spezialstromkreise wie etwa EDV ist unbedingt ein eigener FI- Schalter einzuplanen. Schutzleiter, „Erde“ Der Schutzleiter ist ein in den SchutzkontaktSteckdosen zusätzlich zu Phase und Neutralleiter vorhandener Anschluss (Metallbügel oben und unten), welcher im Hausanschlussraum über die Potentialausgleichsschiene mit dem Fundamenterder verbunden ist und mit einem grün-gelb isolierten Draht verlegt werden muss. Elektrogeräte mit leitenden Gehäuseteilen (Metallgehäuse) werden über den Schutzleiter auf Erdpotential gebracht. Kommt es im Fehlerfall zu einem Körperschluss im Gerät – die Phase leitet Strom auf das Gehäuse – so fließt dieser Fehlerstrom sicher über Erde ab und bringt damit den FI-Schalter zum Auslösen. Nullung Bei der Nullung führen die Schutzkontakte der Steckdosen einen kombinierten PEN-Leiter (Schutzneutralleiter). Im Hausanschlussraum wird daher der Neutralleiter geerdet und bei Leitungsquerschnitten von mehr als 10 mm2 als grün-gelber PEN-Leiter zu den Verbrauchern geführt. Bei weniger als 10 mm2 muss der Schutz- vom Neutralleiter getrennt weitergeführt werden und darf anschließend nicht mehr miteinander verbunden werden. Bei einem im Fehlerfall auftretenden Körperschluss kommt es sofort zu einem sehr hohen Kurzschlussstrom welcher ein Auslösen der vorgeschalteten Leitungsschutzsicherung hervorruft.

1.2.3 Blitz und Blitzschutzanlage Bei atmosphärischen Entladungsvorgängen zwischen Wolken und Erde, den Gewitterblitzen, treten über eine Dauer von ca. 10 Mikrosekunden Spannungen von bis zu 300 Millionen Volt und Ströme bis zu 100 Kiloampere auf. Wenn sie durch ein Haus oder einen menschlichen Körper fließen, wird durch die dabei entstehende hohe Temperatur ein Brand ausgelöst bzw. erleidet der Betroffene schwerste Verbrennungen. Blitzschutzanlagen haben die Aufgabe, diese gewaltige Energieintensität, welche eine enorme

Brandgefahr in sich birgt, einzufangen und den Blitzstrom ohne Gefahr für das zu schützende Objekt und die sich darin befindenden Menschen in die Erde abzuleiten. Die Ausführung von Blitzschutzanlagen in Österreich muss den Bestimmungen der ÖVE 49 wie auch der ENV 61024-1 (Europäische Vornorm, die seit August 1996 gültig ist) entsprechen.



Abb. 8: Funktionsschema eines Fehlerstromschalters (FI)

Blitzableitung Im Prinzip funktionieren die Anlagen so, dass Fang- und Ableitungen um das Gebäude einen schützenden Käfig mit einer Maschenweite von höchstens 20 Meter bilden. Da elektrische Energie sich immer den Weg des geringsten Widerstandes sucht, ziehen diese am Dach des Gebäudes montierten Metallleitungen den Blitz im Umkreis von ca. 15 Metern auf sich und leiten ihn sicher, außerhalb des Gebäudes, in die Erde. Damit ist das Gebäude samt seinen Bewohnern vor den Blitzgefahren geschützt. Die drei Haupteile jeder Blitzschutzanlage sind: ■ Fangvorrichtungen, Fangleitungen ■ Ableitungen ■ Erder Für eine sichere Funktion der Blitzschutzanlage ist eine sehr gute und dauerhafte Erdung essentiell. Die Teile für Blitzschutzanlagen sind genormt (ÖNORM E 2950 und E 2960) und bestehen aus feuerverzinktem Stahl. Wenn nötig, dürfen auch nicht genormte Teile verwendet werden, wenn sie in Werkstoff und Querschnitt mindestens gleichwertig sind.

1.2.4 Elektrobiologische Gefahren und Gegenmaßnahmen Immer und überall, wo elektrische Energie angewandt wird, entstehen Felder. Als Felder versteht die Physik in diesem Zusammenhang

Gefahren elektrischer Energie und Schutzmaßnahmen

283

der Zirbeldrüse gebildeten Hormons Melatonin wird gestört. Dieser Effekt wurde schon bei Feldstärken nachgewiesen, welche im Wohnbereich vorkommen können. Der verminderte nächtliche Melatoninausstoß ruft primär Schlafstörungen, ständige Müdigkeit und Depressionen hervor, in weiterer Folge wird eine Immunschwächung begünstigt, was eine verminderte Krebsabwehr und die Anfälligkeit für eine Vielzahl von Krankheiten bewirkt. Über diese allgemeinen Erscheinungen hinaus gibt es unter Einwirkung elektrischer Wechselfelder vielfältige individuelle Reaktionen wie beispielsweise Bettnässen, Kopfschmerzen, Allergien etc.



Abb. 9: Wirkungsvernetzung von elektrischen und magnetischen Feldern und vermutete Einflüsse auf den menschlichen Körper

eine materialunabhängige Eigenschaft eines Raumes, welche im Stande ist, eine Kraftwirkung auf einen Probekörper auszuüben. Es ist also eine messtechnisch nachweisbare Beeinflussung des Raumes um elektrische Anlagenteile gegeben, deren Stärke grundsätzlich, ausgehend vom Entstehungsort mit zunehmendem Abstand sinkt. Weiters wird unterschieden zwischen statischen Feldern – diese werden auch als Gleichfelder bezeichnet und sind in ihrer Stärke und Ausrichtung über die Zeit konstant – und den mit einer bestimmten Frequenz variierenden Wechselfeldern. Der Bereich der elektrobiologisch relevanten Frequenzen erstreckt sich von ca. 30 Hz bis zu 300 GHz, wobei besondere Bedeutung den 50 Hz-Feldern der Energieversorgung zukommt, welche hier behandelt werden sollen. Abb. 9 Obwohl inzwischen schon sehr viele internationale Studien zur Frage der elektrobiologischen Auswirkungen von elektrostatischen- und elektromagnetischen Feldern vorliegen, lässt sich aus wissenschaftlicher Sicht noch keine gesicherte, eindeutige Aussage tätigen. Aufgrund der Vielzahl von Indizien kann aber angenommen werden, dass im besten Falle ein geringes Risiko, keinesfalls aber überhaupt keine Beeinträchtigung zu erwarten ist. Ebenfalls ist anzunehmen, dass die Gefahr mit zunehmender Dosis – Intensität und Expositionsdauer – zunimmt. Eine der wesentlichsten Wirkungen dürfte die Beeinflussung des menschlichen Hormonhaushaltes sein. Besonders die Ausschüttung des in

284

Elektro

Netzfreischaltung, Abschirmung, Spezialplanung Als Abhilfe kann das Gebäude mit Netzfreischaltungen, abgeschirmten Leitungen und sonstigen geeigneten Schutzmaßnahmen ausgestattet werden (Kapitel: Spezialplanung Elektrobiologie)

1.3 Energieeinsparung Die alternativste und umweltfreundlichste Energieform ist die nicht verbrauchte, eingesparte Energie. Als erster Schritt jeder Planung sollte man daher versuchen, die unnütze Verschwendung von Energie und Ressourcen zu vermeiden.

1.3.1 Vermeidungen, Substitutionen Als Möglichkeiten zur Vermeidung von elektrischem Energieverbrauch wird hier auf Technologien verwiesen, die in anderen Kapiteln dieses Buches beschrieben sind. Zum Beispiel: ■

Durch ein luftkanalloses Lüftungssystem werden die Strömungsverluste in den Luftleitungen vermieden, wodurch der Energieverbrauch für die Ventilatoren drastisch sinkt. ■ Ein Lichtleitsystem spiegelt das Tageslicht in die Räume ein, dadurch können bis zu 50 % des nötigen Kunstlichtes substituiert werden. ■ Die Erzeugung von Kälteenergie (elektrischer Kältekompressor) kann über einen Erdluft-

brunnen durch Erdkälte oder mit einem Grundwasser-Luftwäscher vermieden werden. ■ usw.

1.3.2 Geräteeffizienz Da die innovativsten Haustechnikkonzepte und die Nutzung aller regenerativen Ressourcen wenig Sinn machen, wenn die Energie in veralteten, ineffizienten Geräten „verbraten“ wird, folgen hier einige Bemerkungen zur Geräteeffizienz. Bei der Energiebilanz von Elektrogeräten wurden in den letzten Jahren beachtliche Fortschritte gemacht. Moderne Geräte verbrauchen aber nicht nur weniger elektrische Energie, sie erzeugen auch weniger Abwärme und reduzieren dadurch auch die Kühllast eines Gebäudes. Bei Haushaltsgeräten ist zudem bemerkbar, dass weniger Sekundärbetriebsstoffe, wie Wasser, Wasch-, Spülmittel etc. erforderlich sind. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist jener, dass moderne Geräte häufig über vollautomatische Energiesparfunktionen verfügen und damit trotz ständiger Bereitschaft (z. B. Faxgerät, Drucker) den Energieverbrauch auf ein Minimum reduzieren. Damit der Verbraucher sich beim Kauf über die Energieeffizienz eines Produktes informieren kann, werden moderne Kühl- und Gefriergeräte, Waschmaschinen, Wäschetrockner sowie Geschirrspülmaschinen mit einem Energielabel (= Aufkleber) versehen, der meist folgendermaßen aussieht: Abb. 10 Als Beispiel von Energieeffizienz soll im folgenden eine 75 Watt-Glühlampe mit einer 18 WattEnergiesparlampe gleicher Lichtausbeute verglichen werden. Abb. 11



Der Einsatz von Energiesparlampen kann daher nicht unbeachtliche Einsparungen an elektrischem Verbrauch bringen Noch gar nicht berücksichtigt sind hier die Einsparungen aufgrund des selteneren Lampenwechsels durch den Monteur, die niedrigere Gebäudeanschlussleistung und die kleinere Kühllast des Gebäudes aufgrund der geringeren Verlustwärme der Energiesparlampe.

Vergleich

Glühlampe

Energiesparlampe

Anschlusswert

100 W

20 W

Tägliche Einschaltdauer

4 Stunden

4 Stunden

Lebensdauer der Lampe

1000 Stunden (8 Monate)

10 000 Stunden*) (6 Jahre + 8 Monate)

Ges. Stromverbrauch

1000 kWh

Abb. 10: Energielabel



Abb. 11: Vergleich Glühlampe – Energiesparlampe

Bilanz nach 6 Jahren und 8 Monaten 200 kWh

Gesamte Stromkosten (0,14 Euro/kWh)

145,– Euro

29,– Euro

Anschaffungskosten

10 Lampen ca. 13,– Euro

1 Lampe ca. 19,– Euro

Gesamtkosten

158,– Euro

48,– Euro

Ersparnis

–

110,– Euro (1.514,– ATS)

* es muss allerdings bemerkt werden, dass die Lebensdauer von Energiesparlampen durch das Ein- und Ausschalten, d. h. das Starten begrenzt ist und dass die Lampen in der Regel, d. h. wenn sie nicht ununterbrochen eingeschaltet sind, keine nennenswert größere Lebensdauer aufweisen als konventionelle Lampen!

Energieeinsparung

285

1.3.3 Standby Ein weiterer Aspekt der Geräteeffizienz ist der Stromverbrauch im Standby-Modus. Sehr viele Geräte in modernen Büros und Haushalten sind außerhalb ihrer eigentlichen Arbeitszeit in einem Standby-Modus und verbrauchen dabei oft beträchtliche Mengen an elektrischer Energie. Bei untenstehender Tabelle wurden typische Standbyzeiten der Geräte und Stromkosten von 0,15 €/kWh angenommen. Abb. 12 

Abb. 12: Standbykosten von Elektrogeräten

Gerät

Stromverbrauch/Jahr [kWh/Jahr]

Stromkosten/Jahr [Euro/Jahr]

87

12,6 Euro

Telefax 20W-Halogenschreibtischlampe mit Steckernetzteil

44

6,4 Euro

123

17,9 Euro

Videorecorder

67

9,7 Euro

Farbfernseher

57

8,3 Euro

Farbtintenstrahldrucker

Auch hier können moderne Geräte mit eingebauten Energiesparfunktionen Strom und damit Betriebskosten einsparen und die elektrobiologische Belastung und Abwärme verringern.

1.3.4 Intelligente Bussysteme

Abb. 13: Schema eines Elektroinstallationsbusses

286

und das große Energieeinsparungspotential für deren immer stärker werdenden Einsatz von elektrischen Gebäudesystembussen verantwortlich. Abb. 13 Neben einer ständig unter Spannung stehenden Energieleitung wird jeder Verbraucher an den Kleinspannungs-Informationsbus angeschlossen. Beide Leitungen werden von Verbraucher zu Verbraucher durchgeschleift, es ist daher nicht mehr nötig eine Leitung vom Verteiler zu jedem einzelnen Verbraucher bzw. Verbrauchergruppe zu legen. Abb. 14

Durch die steigenden Anforderungen an die Elektroinstallation in Gebäuden wird die Anzahl der zu verlegenden Leitungen ständig höher. Neben dadurch entstehenden höherem Aufwand bei der Projektierung, schwierigerer Fehlersuche, größerer Brandgefahr und höherem Platzbedarf ist vor allem die fehlende Flexibilität

Elektro

An den Informationsbus werden weiters alle nötigen Sensoren, Melder, Taster und Bedienelemente in Serie angeschlossen. Die ebenfalls am Informationsbus hängenden Koppler, bei welchen es sich um programmgesteuerte Kleincomputer handelt, übernehmen anhand des ihnen eingegebenen Programms die Auswertung der Sensoren, Melder und schicken an die Verbraucher Steuersignale. Durch die damit erzielte intelligente Steuerung und Regelung sowie die Verknüpfung von Verbrauchern wie Beleuchtung, Lüftung, Heizung, Jalousien etc. kann zweierlei erreicht werden: Zum einen können energiesparende Funktionen ermöglicht werden, wie etwa ein in Abhängigkeit vom Tageslichteinfall und der gewünschten Raumhelligkeit gedimmtes Kunstlicht, sowie ein Ausschalten oder Minimieren der Beleuchtung und anderer Verbraucher in momentan nicht von Personen benutzten Räumen. Zum anderen können gewünschte Raummilieus automatisch erzeugt werden. Es kann z.B. von Arbeitsbeleuchtung auf Konferenzbeleuchtung oder dekorative Beleuchtung ganz nach den Anforderungen des Bauherrn jederzeit umgeschaltet werden. Auch wäre beispielsweise denkbar, dass etwa beim Einschalten des Overheadprojektors automatisch die Jalousien geschlossen werden, das Licht gedimmt wird und die Lüftung aktiviert wird.

1.3.5 Lastmanagement Das Lastmanagement bietet zwar keine Einsparung in Bezug auf die verbrauchte elektrische Gesamtenergiemenge, sehr wohl aber in Bezug auf die ökologische Bilanz der verbrauchten Energie und die dem EVU zu entrichtenden Gebühren. In Spitzenzeiten übersteigt der Stromverbrauch die von den Wasserkraftwerken zur Verfügung gestellte Menge, es muss kurzfristig mehr Energie beim EVU generiert werden. Dies geschieht entweder mittels Heizöl, Erdgasverbrennung, Pumpspeicherkraftwerken oder durch Stromimport über lange relativ verlustreiche europäische Verbundleitungen. Abb. 15 Um die beim EVU bewilligte Anschlussleistung nicht zu überschreiten, kann das Lastmanagement eingesetzt werden. Meist geschieht dies mittels einer speicherprogrammierten Steuerung (SPS). Eine SPS ist grundsätzlich ein Kleincomputer mit ansteuerbaren Schaltrelais und einer einfachen Programmiersprache. Sie wird so programmiert, dass, wenn zu viel Leistung benötigt wird, sie die Geräte nach Möglichkeit taktet. Gewisse angeschlossene Geräte werden also in diesem Fall abgeworfen. Hauptsächlich werden Geräte der elektrischen Wärmeerzeugung, die eine große Trägheit besitzen, nacheinander kurzzeitig aus- und wieder angeschaltet. Die Temperatur dieser Herde, Dampfgarer, Heizungen etc. bleibt auch bei dem kurzzeitigem Ausschalten weitgehend konstant, die momentan benötigte Netzbelastung sinkt jedoch und verteilt sich gleichmäßiger über einen längeren Zeitraum.

1.3.6 Kraft-Wärme-Kopplung Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) leitet direkt zum nächsten Kapitel der Stromerzeugung über.



Bei der KWK wird zusätzlich zum erzeugten elektrischen Strom auch die Abwärme genutzt. Dadurch kann der Gesamtwirkungsgrad beträchtlich erhöht werden. Diese Technologie kommt vorwiegend bei Fernwärmekraftwerken, Blockheizkraftwerken und Brennstoffzellen zum Einsatz. Die Abwärme wird zum Heizen, oder mit einer Absorptionskältemaschine zum Kühlen genutzt.

Abb. 14: Basisgeräte eines Bussystems mit Datenschienen



1.4 Stromerzeugung, Energiebereitstellung

Abb. 15: Tagesbelastungsverlauf mit und ohne Lastmanagement

1.4.1 Konventionelle Energiebereitstellung Bei der konventionellen Energiebereitstellung handelt es sich um eine zentrale Energiegewinnung mit hohen Leistungen und anschließend sehr langen Transportwegen zu den Endverbrauchern. Die Erzeugung oder exakter die Umwandlung der Energie erfolgt einerseits in Wasserkraftwerken oder in thermischen Kraftwerken, welche vorwiegend mit den Primärenergieträgern Braunkohle, Steinkohle, Mineralöl, Erdgas und der Müllverbrennung betrieben werden.

Stromerzeugung, Energiebereitstellung

287 287

Derartige Kraftwerke erreichen einen elektrischen Wirkungsgrad von ca. 30–40 %. Abb. 16 Aufbringung elektrischer Energie in GWh/a Wasser-Laufkraftwerke Wasser-Speicherkraftwerke

Wesentlich ist, dass neben der elektrischen Energie auch die Abwärme genutzt und damit der Wirkungsgrad stark erhöht wird. 1980 19 011

25 515

8 004

10 509

24

3 089

Steinkohle 

Abb. 16: Aufbringung der öffentlichen elektrischen Energieversorgung in Österreich

Abb. 17: Energietransport 

Braunkohle

2 473

782

Heizöl

4 249

2 197

Naturgas

2 580

6 004

Sonstige Brennstoffe Stromimporte

15

66

3 156

10 133

Der Energieverbrauch im öffentlichen Netz unterliegt starken täglichen Schwankungen und typischen Spitzenbelastungen, z.B. mittags, wenn in vielen Haushalten die Elektroherde eingeschaltet werden. Da elektrische Energie in großem Umfang nicht speicherbar ist, muss die Energieerzeugung dem Verbrauch ständig angepasst werden. Die Grundlast wird von Wasserkraft und Kohle übernommen, zur Spitzenabdeckung werden Öl, Gas und Pumpspeicher herangezogen. Weiters stellt das europäische Verbundnetz, in dem elektrische Energie zwischen den Staaten ausgetauscht wird, eine wichtige Hilfe zum Lastausgleich dar.

1.4.2 Alternative Energiebereitstellung Die alternative Energiebereitstellung ist meist eine dezentrale, die Erzeugung erfolgt also dort, wo die Energie auch verbraucht wird. Damit entfallen die nicht zu unterschätzenden Energieverluste, die in den sonst oft hunderte von Kilometern langen Transportleitungen entstehen. Weiters ist der Betreiber einer solchen Anlage in gewissem Grade unabhängig vom öffentlichen Netz, was besonders bei abgelegenen Gebäuden, bei welchen die Herstellung einer eigenen Energiezuleitung vom öffentlichen Netz oft unproportionale Kosten verursachen würde, ein interessanter Aspekt ist. Schließlich kann die bei der Stromerzeugung meist anfallende Abwärme genützt werden. 1.4.2.1 Blockheizkraftwerke Bei Blockheizkraftwerken, kurz BHKW, handelt es sich um einen Verbrennungsmotor, der fix mit einem Wechselstromgenerator gekoppelt ist.

288

2000

Elektro

Mittels Absorptionskältemaschine ist es möglich, diese Abwärme in Kälte umzuwandeln und für Kühlzwecke zu nutzen. 1.4.2.1.1 BHKW-Typen Meistens sind die Verbrennungskraftmaschinen der BHKWs für Erdgas (oder Diesel) ausgelegt. Es gibt aber inzwischen auch Aggregate, die mit erneuerbarer Energie wie z. B. aus Raps, oder auch aus Sonnenblumen gewonnenem Pflanzenöl betrieben oder Biogas werden können. 1.4.2.1.2 Betriebsarten Sowohl Inselbetrieb, als auch Netzparallelbetrieb sind möglich. Aus wirtschaftlichen Berechnungen ergibt sich, dass eine optimale Rentabilität des BHKWs bei einer 25–35%igen Abdeckung des elektrischen Energiebedarfes und ab einer Betriebszeit von 6000 Stunden/Jahr gegeben ist. Unter Berücksichtigung der Abwärmenutzung ergibt sich daraus etwa eine ca. 45 % Gesamtenergieabdeckung durch das BHKW. In einem solchen Falle ist eine Amortisation in einem Zeitraum ab 7 Jahren möglich. 1.4.2.1.3 Vor- und Nachteile von BHKWs: Während der Hochtarifzeit wird elektrische Energie aus dem eigenen BHKW gewonnen und muss damit nicht dem EVU abgekauft werden. ■ Dem EVU teuer zu bezahlende Leistungsspitzen können durch den BHKW-Betrieb verkleinert werden. ■ Die Kälteerzeugung der Klimaanlage kann anstatt mit elektrischen Kältemaschinen mittels Absorptionskälte erfolgen, welche aus der Abwärme des BKHWs gewonnen wird. ■

■

Die Abwärme kann für Heizzwecke oder betriebliche Produktionsabläufe genutzt werden. ■ Negativ sind der erhöhte Platzbedarf, Geräuschentwicklung, vermehrter Wartungsaufwand. 1.4.2.2 Windkraft Wind ist eine sekundäre Form der in Strömungsenergie umgesetzten Sonnenenergie. Die Schnelllaufzahl M beschreibt das Verhältnis von Umfangsgeschwindigkeit an der weitest entfernten Stelle von der Drehachse zur Windgeschwindigkeit. Die Umsetzung der kinetischen Windenergie in elektrische Energie erfolgt über den Antrieb von Flügeln, welche über ein Getriebe mit einem Generator gekoppelt sind. Die im Wind vorhandene Leistung beträgt dabei: PWind = S  A  v3

S...Luftdichte in kg/m3 v...Windgeschwindigkeit in m/s A...überstrichene Rotorfläche in m2 Aus obiger Formel ist erkennbar, dass neben der Rotorfläche besonders die Windgeschwindigkeit die zu erzielende Leistung beeinflusst. Eine Verdoppelung der Windgeschwindigkeit bedeutet eine Verachtfachung der Windleistung! Nach dem Betz’schen Leistungsfaktor beträgt die maximal auf die Rotorblätter übertragbare Leistung etwa 59 % der Windleistung. Weiters ergeben sich aerodynamische Verluste durch Umströmung der Flügelenden, mechanische Verluste im Triebstrang bzw. Getriebe und schließlich elektrische Verluste im Generator. Der Wirkungsgrad des Gesamtsystems, welcher in einer Leistungsbeiwertkurve in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit eingetragen wird, erreicht Maximalwerte von ca. 45 %.

Problematisch bei der Nutzung der Windenergie sind die sehr stark schwankenden Windgeschwindigkeiten mit möglichen Flauten von mehreren Tagen. Um die Windenergie sinnvoll nutzen zu können, müssen hohe mittlere Windgeschwindigkeiten von mindestens 4 m/s vorhanden sein, die Referenzleistung eines Windrades wird bei 6 m/s mittlerer Windgeschwindigkeit angegeben. Meistens werden mehrere solcher Windräder zu Windfarmen zusammengeschaltet und sind teilweise schon mit heutiger Technologie wirtschaftlich erfolgreich betreibbar. 1.4.2.2.1 Arten von Windenergiekonvertern Langsamläufer bzw. Widerstandsläufer wurden in Persien und China schon vor tausend Jahren gebaut. Heute arbeiten Schalenkreuzanemometer und Savonius-Rotor nach diesem Prinzip, dessen Kennzeichen die vertikale Drehachse, der langsamlaufende Rotor und die geringe Effizienz mit einem Wirkungsgrad von maximal 16 % ist. Der Widerstandsläufer wird allein von der Widerstandskraft gegen den Wind angetrieben, das führt zu Umdrehungsgeschwindigkeiten, die immer unter der Windgeschwindigkeit liegen. (M < 1). Verwendet werden Widerstandsläufer für Kleinstanlagen mit 12–24 Volt und Akkuladung, sowie bei Kleinanlagen bis maximal 10 kW Nennleistung für Pump- und Stromversorgungszwecke. 

Abb. 18: Montage einer 1500 kW-Windmühle mit 68 Meter Rotordurchmesser. Dahinter ist eine fertig aufgebaute 2000 kWWindmühle zu sehen.

Moderne Windkraftanlagen mit Leistungen zwischen 10 und 2000 kW erreichen ihre Nennleistung je nach Fabrikat bei 10–16 m/s, schalten sich zwischen 2–4 m/s ein und zwischen 20–30 m/s Windgeschwindigkeit aus Sicherheitsgründen aus. Kennt man die durchschnittliche spezifische Jahreswindleistung [W/m2] in Nabenhöhe am Aufstellungsort, so kann für effiziente Windkraftanlagen mit einem Durchschnittswirkungsgrad von ca. 35 % gerechnet werden. Daraus lässt sich dann der Jahresertrag in kWh grob abschätzen.

Stromerzeugung, Energiebereitstellung

289

Bei modernen Anlagen wird das Prinzip des aerodynamischen Auftriebs genutzt. Mit aerodynamischen Flügelprofilen können die Wirkungsgrade bis zu den bereits erwähnten 45 % gesteigert werden. Die Schnelllaufzahl M liegt hier zwischen 1 und 15. Hohe Schnellaufzahlen bewirken hohe Auftriebskräfte und dadurch hohe Drehmomente an den Flügeln, wodurch die Windenergie wesentlich besser ausgenützt werden kann. Auftriebsläufer können Horizontaloder Vertikalachser sein, wobei mehr als 95 % aller größeren Windmühlen als horizontalachsige Propellerläufer mit 2 oder 3 Flügeln ausgeführt werden. Abb. 18 Sonderformen mit vertikaler Achse sind der Darrieus-Rotor und der H-Darrieus-Rotor. Der Darrieus-Rotor besitzt einen rotierenden Mast, an dessen oberen und unteren Ende zwei aerodynamisch geformte Blätter befestigt sind und mitrotieren. Das Getriebe und der Generator befinden sich wartungsfreundlich am Boden. Nachteilig ist, dass dieser Typ nicht von alleine anläuft. Abb. 19

Abb. 19: Darrieus-Rotor in Argentinien, 1980 Leistung: 20 kW bei 10,4 m/s Durchmesser 12 m Höhe 17 m Effektive Rotorfläche 93 m2 Aluminiumdrehachse mit d = 608 mm

Beim H-Darrieus-Rotor werden drei vertikale Blätter mit Verstrebungen an die vertikale Achse angeschlossen. Versuche, auch Großanlagen mit diesem Typus zu bauen, sind aus dem Prototypenstudium noch nicht hinaus gekommen – das Windrad der Bank

Zwei dreiflügelige Savoniusrotoren d = 3,75 m dienen als Anlaufhilfe. Einschaltpunkt bei 4 m/s, Sicherheitsabschaltung bei 22 m/s Maximalgeschwindigkeit 65 m/s 

Abb. 20: H-DarrieusRotor zur Stromversorgung des Rotwandhauses in Bayern; Leistung: 20 kW

290

Austria in Hirschstetten (siehe Beispiele) hat auch nicht funktioniert und wurde inzwischen wieder demontiert. Kleinanlagen dieses Typs wurden aber mit gutem Erfolg eingesetzt. Abb. 20 1.4.2.2.2 Betriebsarten Inselbetrieb: Beim Inselbetrieb ist die Windkraft völlig vom öffentlichen Stromnetz getrennt und dient meist abgelegener Gebäuden wie Alpinhütten und ähnlichem zur Stromversorgung. Um die unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten sowie Flauten auszugleichen wird die Energie in Akkumulatoren, welche eine beschränkte Lebensdauer haben und damit den Windstrom verteuern, gespeichert. Bei hohen Anforderungen an die Ausfallsicherheit der Energieversorgung muss zusätzlich ein zweites Energiesystem wie beispielsweise ein Dieselgenerator vorhanden sein. Aus diesen Gründen werden Windkraftanlagen nur bis zu einer Leistung von 50 KW für den Inselbetrieb ausgelegt. Netzparallelbetrieb: Windkraftanlagen im Netzparallelbetrieb nutzen das öffentliche Stromnetz als Speicher. Meistens wird die vom Betreiber benötigte Eigenbedarfsmenge selbst verbraucht und Überschüsse werden ins Netz gegen Entgelt eingespeist. An windschwachen Tagen wird fehlende elektrische Energie aus dem öffentlichen Netz bezogen. Nachteilig hierbei ist, dass die Windmühle an den oftmals windmäßig nicht idealen Standort des Betriebes gebunden ist, und dass für die Netzeinspeisung vom EVU kostspielige technische Zusatzeinrichtungen vorgeschrieben werden. Netzeinspeisebetrieb: Große Anlagen ab etwa 500 kW werden fast ausschließlich als Netzeinspeiseanlagen betrieben. Hierbei wird die erzeugte elektrische Energie vollständig ins öffentliche Netz eingespeist. Neben einem hohen Windangebot muss ein Standort für eine solche Anlage unbedingt einen Zugang zum Mittelspannungsnetz (20 oder 30 kV) bieten.

Elektro

1.4.2.2.3 Vor- und Nachteile von Windenergiekonvertern: ■ Indirekte Nutzung der Sonnenenergie mit relativ großem Energiepotenzial. ■ Meist antizyklisch zur Sonnenstrahlung, d. h. Wind weht an schlechten, bedeckten Tagen und auch in der Nacht. ■ Negativ ist die schlechte Prognostizierbarkeit des Windes und die damit sehr unterschiedlich zur Verfügung stehenden elektrischen Leistungen, ■ der große Platzbedarf von Windfarmen sowie die damit einhergehende Beeinträchtigung des Landschaftsbildes, ■ das relativ laute Surren der Rotorblätter konventioneller Anlagen verhindert eine Aufstellung in bewohnten Gebiet, ■ aufwendige Genehmigungsverfahren bei größeren Anlagen. 1.4.2.3 Photovoltaik Bei der Photovoltaik handelt es sich um eine direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Es wird dabei der Photoeffekt genützt, das Anheben von Bindungselektronen im Halbleiter vom Valenz- in das Leitungsband, unter der Einwirkung von Licht. Der dadurch in den Solarzellen entstehende Elektronenüberschuss ergibt eine Gleichspannung von ca. 0,5 V. Durch die Koppelung mehrerer Zellen kann die Spannung auf 6, 12 oder 24 Volt angehoben werden. Diese Gleichspannung kann entweder direkt an dafür vorgesehene Geräte abgegeben, oder über einen Wechselrichter auf 230 V-Wechselstrom bzw. 400 V-Drehstrom mit einer Frequenz von 50 Hertz umgewandelt und dann den üblichen Verbrauchern zugeführt werden. Zwei Parameter beeinflussen den Ertrag einer Solarzelle wesentlich: Strahlungsintensität und Zellentemperatur. Mit sinkender Strahlungsintensität der Sonne sinkt der Zellen-Strom stark ab und mit steigender Temperatur bricht die Zellen-Spannung ein. In beiden Fällen nimmt die Zellenleistung ab. Die Leistung wird durch das Produkt aus Strom mal Spannung gebildet; der optimale Betriebspunkt ist der Maximum Power Point und dieser verändert sich dauernd bei wechselnden Belichtungsverhältnissen. Die meisten Wechselrichter, die zur Umwandlung des Gleichstroms in Wechselstrom

eingesetzt werden, sind in der Lage, ständig diesem Punkt zu folgen (MPP-tracking), so dass zu jedem Zeitpunkt die jeweils maximale Leistung der Solarzelle erzielt wird. Wichtig ist, im Auge zu behalten, dass die vom Hersteller angegebene Peak-Leistung (W PEAK) meist weit über der tatsächlich erzielten Leistung liegt. 1.4.2.3.1 Zelltypen Bei monokristallinen Zellen wird aus dem geschmolzenen Quarzsand ein hochreiner Kristallstab gezogen, der etwa 10 cm Durchmesser und bis zu 1 m Länge hat. Alle Atome dieses Kristalls sind in einem für Silizium typischen Kristallgitter angeordnet. Dieser mächtige Einkristall wird nun in etwa 0,3 bis 0,5 mm dicke Scheiben zersägt, wobei etwa 50% Abfall entsteht. Dann wird, um alle Oberflächendefekte auszumerzen, in einem Ätzprozess ca. 10 bis 20 µm der Oberfläche abgetragen. Anschließend erfolgt die p- bzw. n-Dotierung des Materials. Die anschließende Herstellung der Kontaktierung der fertigen Solarzelle geschieht entweder durch ein Vakuumdampf- oder ein Siebdruckverfahren. Zum Schluss wird die Antireflexbeschichtung vorgenommen, über das Aufdampfen von Oxiden oder ein Aufsprühverfahren. Wirkungsgrad bis 17 % (im Labor bis 24 %), sehr teuer.



Bei polykristallinen Zellen entfällt das aufwendige Ziehen des Einkristalls; aus der Schmelze werden Blöcke gegossen, die dann analog zum Einkristall weiter verarbeitet werden. Wirkungsgrad bis 14 % (im Labor bis 18 %), zur Zeit der meist verwendete Zellentyp.

Abb. 21: Zellentypen

Für amorphe Zellen wird Silizium als dünne Schicht auf ein Trägermaterial, z. B. Glas, aufgedampft. Da man wesentlich weniger Silizium und Energie benötigt und kein Sägevorgang nötig ist, können sie preiswerter angeboten werden als kristalline Zellen. Ein weiterer Vorteil

Stromerzeugung, Energiebereitstellung

291

nächtliche Selbstentladung des Systems. Vorwiegend werden Elektrogeräte bis 12 Volt angeschlossen, über einen Wechselrichter ist aber auch der Anschluss von üblichen 230 VGeräten möglich. Abb. 22 Netzparallelbetrieb Wenn an lichtstarken Tagen der erzeugte Solarstrom größerer Anlagen nicht selbst verbraucht wird, so kann der auf Netzspannung umgewandelte Überschuss in das öffentliche Netz eingespeist werden. In der Nacht oder an stark bewölkten Tagen wird hingegen der zur eigenen Versorgung benötigte Strom aus dem EVU-Netz zugekauft. So kann das öffentliche Stromnetz als Speicher herangezogen werden. Abb. 23



Abb. 22: Photovoltaikanlage im Inselbetrieb mit Akkuspeicherung und Wechselrichter

Akkus haben eine sehr begrenzte Lebensdauer, und verteuern dadurch den im Inselbetrieb erzeugten Solarstrom.

liegt in den großen möglichen Zellabmessungen. Nachteilig ist der schlechtere Wirkungs-grad von 5 bis 6 % und die geringere Lebensdauer. Polykristalline, semitransparente Zellen können mit einer Transparenz von 0 bis 30 % hergestellt werden. Dies hat vor allem architektonisch interessante Aspekte. Abb. 21 1.4.2.3.2 Betriebsarten: Inselbetrieb Bei kleineren photovoltaischen Anlagen, welche im Inselbetrieb (netzautark) gefahren werden, wird der Solarstrom über ein Regelgerät zum Aufladen von Akkumulatoren benützt. Der Regler übernimmt einerseits den Tiefentladungsund Überladungsschutz für die Akkus, andererseits verhindert er mittels Rückstromdiode die

 Abb. 23: Solaranlage im Netzparallelbetrieb

292

Elektro

1.4.2.3.3 Architektonische Integration von Photovoltaik Bei der Vielzahl der heute verfügbaren Formen und Farben sowie den Möglichkeiten bei der Anordnung der Zellen in den einzelnen Modulen, dem Spielen mit Transparenzen und Reflexionen, sind monotone, schwarze Solarflächen heute nicht mehr zwingend. Vielmehr kann vom rein funktionalen Vorhängen der Zellmodule zu einer richtigen Integration in den architektonischen Entwurf, die Aussage und Erscheinung des Gebäudes übergegangen werden. Besonders vielversprechend ist die Entwicklung von semitransparenten Zellen, welche Sonnenschutz, diffusen Lichteinfall, Durchblick und Energieproduktion in sich vereinen können. Sie bieten im Bereich von blendungsgefährdeten Bildschirmarbeitsplätzen, Stiegenhäusern und ähnlichem neue, innovative Lösungsan-

sätze. Auch die Entwicklung von Folienzellen, welche sich dem Untergrund anpassen bzw. eingerollt werden können, bieten zahlreiche neue Möglichkeiten. 1.4.2.3.4 Vor- und Nachteile von Photovoltaik: ■ Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) sind während ihres Betriebs sehr umweltfreundliche Energiekonverter, weil sie keine Hilfsstoffe benötigen und keinerlei Schadstoffe emittieren. ■ Die Produktion erfordert einen jedoch nicht unerheblichen Energieaufwand, der derzeit ca. ein Drittel der während der Lebensdauer einer PV-Anlage gewinnbaren Energie ausmacht. ■ In der Anschaffung sind sie teuer und derzeit nicht wirtschaftlich ■ Die Stromlieferung erfolgt nur bei Sonnenschein bzw. ausreichender Belichtung am Tag. 1.4.2.4 Brennstoffzellen Brennstoffzellen sind eine besondere, besonders fortschrittliche Art der Blockheizkraftwerke. Auch in einer Brennstoffzelle wird, wie

in einem Motor-Generator, die im Brennstoff gespeicherte chemische Energie in elektrischen Strom umgewandelt – allerdings direkt über eine elektrochemische Reaktion. Bei den meisten Brennstoffzellen handelt es sich im Prinzip um die Umkehrung der Wasserelektrolyse: Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) werden in einer elektrochemischen Reaktion zu Gleichstrom, Wärme und Wasser umgewandelt. Abb. 24

2 H2 + O2 e 2 H2O + Strom + Wärme

Der elektrische Wirkungsgrad einer solchen Zelle beträgt über 40 %, unter Ausnützung der entstehenden Abwärme steigt der Gesamtwirkungsgrad auf bis zu 90 %. Da diese hohen Wirkungsgrade auch schon bei kleineren Brennstoffzellen erreicht werden und aus dem Prozess als „Abfallprodukt“ nur Wasser anfällt, eignet sich diese Technologie ausgezeichnet für kleine, dezentrale Anlagen in Gebäuden. Der erforderliche Wasserstoff kann aus Erd- oder Biogas gewonnen werden. Es entstehen keine Stickoxide, das Aggregat ist leise, vibrationsfrei und kann dem momentanen Stromverbrauch sehr schnell angepasst werden. 1.4.2.4.1 Brennstoffzellentypen Eingeteilt werden Brennstoffzellen nach dem verwendeten Elektrolyt und der Betriebstemperatur: Abb. 25



Abb. 24: Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle

1.4.2.4.2 Vor- und Nachteile von Brennstoffzellen: ■ Keine Stickoxidbildung, hoher Wirkungsgrad, leise und vibrationsfrei ■ Teuer, noch nicht kommerzialisiert, derzeit geringe Lebensdauer.

Elektrolyt

Abkürzung

Betriebstemperatur [°C]

Ladungsträger

Brennstoff

Oxidationsmittel

Kalilauge (KOH)

AFC

25–200

OH-

Wasserstoff

Sauerstoff

Phosphorsäure (H3PO4)

PAFC

150–250

H+

Reformiertes Erdgas

Luft

Fester polymerer Elektrolyt

SPE

25–160

H+

Reformiertes Erdgas

Luft

Feststoffelektrolyt

SPE

200–300

H+

Methanol

Luft

Karbonatschmelze

MCFC

500–700

CO3--

Erdgas, reformiertes Erdgas

Luft

Feststoffoxid Solid Oxide FC

SOFC

900–1100

O--

Erdgas, reformiertes Erdgas

Luft

Stromerzeugung, Energiebereitstellung



Abb. 25: Kenngrößen der Brennstoffzellensysteme

293

1.5 Primäre Elektroinstallation (Stromverteilung und Objektversorgung)

1.5.1 Verteilung, Überlandleitungen

ACHTUNG ! Bereits in der Planungsphase müssen sämtliche Details der eventuell nötigen Mittelspannungsschaltanlage mit dem zuständigen EVU abgeklärt und genehmigt werden!

Die in den Kraftwerken installierten Generatoren liefern meist Spannungen von ca. 10 kV. Sie werden in Transformatoren auf ca. 110–380 kV hochgespannt, um die Transportverluste im europäischen Verbundnetz möglichst gering zu halten. Im Bereich von großen Städten und Industriegebieten wird in Schalt- und Umspannwerken die Hoch- in Mittelspannung von ca. 10–30 kV transformiert. An dieses Netz werden große Verbraucher wie Fabriken, Krankenhäuser, Verwaltungsgebäude und Wohnkomplexe ab etwa 20 Wohneinheiten direkt angeschlossen. Sie besitzen eine abnehmereigene Trafostation, die im Einvernehmen mit dem EVU projektiert wird. Alle anderen Verbraucher, insbesondere Einzelwohnhäuser und Kleinverbraucher, werden über EVU-eigene Sammeltransformatoren, welche in Städten vornehmlich in Kellern von Gebäuden untergebracht sind, mit dem 230/400V öffentlichen Niederspannungsnetz versorgt. Im ländlichen Gebiet werden für diese Umspannung vereinzelt stehende Trafohäuschen vom EVU erstellt. Abb. 26

 Abb. 26: Das 220/380 kVVerbundnetz in Österreich

294

Elektro

1.5.2 Anschluss von Großverbrauchern (Mittelspannungsschaltanlage) Bei großen Stromverbrauchern wie etwa Fabriken, Bürokomplexen und Hotels würde eine Hauseinspeisung aus dem Niederspannungsnetz mit 400 V enorm hohe elektrische Ströme erfordern (P = U  I), die ihrerseits sehr große Leistungsverluste in den Zuleitungen zur Folge hätten. Um dies zu verhindern, werden derartige Objekte aus dem Mittelspannungsnetz mit 10 bis 20 kV versorgt. Die Mittelspannungsschaltanlage besteht im wesentlichen aus einer Einspeiszelle, der Übergabezelle, der Messzelle und mehreren Transformatoren, welche die übliche Netzspannung 230/400 V sowie die von einigen Maschinen benötigten Sonderspannungen zur Verfügung stellen. Der Raumbedarf für derartige Anlagen liegt bei ca. 1 m2 Stellfläche und 1,2 m2 Bedienungsfläche pro Zelle und Transformator, kann bei Speziallösungen aber auch ein Vielfaches davon beanspruchen und muss daher frühzeitig mit dem EVU abgeklärt werden. Weiters ist zu beachten, dass leistungsstarke Transformatoren heute meist ölgekühlt sind, was aufgrund der Brandgefahr beachtlicher baulicher Sondermaßnahmen bedarf. So sind im Boden eingelassene 1–2 m3 große Auffangwannen, Kiesschichten und definierte Zu- und Abluftöffnungen nötig.

1.5.3 Anschluss von kleinen Objekten (Hausanschluss) Alle vom öffentlichen Niederspannungsnetz direkt versorgten Gebäude werden über einen Vierleiter-Drehstromanschluss von mindestens 4 x 10 mm2 -Kupferquerschnitt angeschlossen. Diese Leitungen müssen gleich nach der Haus/Grundstücks-Einführung in dem für EVUMitarbeiter jederzeit zugänglichen Anschlussbock/Hausanschlussraum sofort in den plombierten, mit den Hausanschlusssicherungen versehenen Hausanschlusskasten führen. Bei kleinen Objekten kann der Hausanschlusskasten auch von außen zugänglich montiert werden. Er enthält für alle drei Phasen je eine Hausanschlusssicherung von ca. 63– 200 A und stellt die Übergangsstelle vom öffentlichen Versorgungsnetz zur privaten Hauselektroinstallation dar. Um Stromdiebstahl zu verhindern, wird der Hausanschlusskasten nach der Montage vom zuständigen EVU plombiert. Abb. 27, 28 Im Gegensatz zu dichtbesiedelten Gebieten, in denen die Mittel- und Niederspannungsversorgung fast ausschließlich mit Erdkabeln ausgeführt wird, ist im ländlichen Raum aus wirtschaftlichen Gründen häufig eine Freileitungsversorgung üblich. Daher muss in solchen Fällen der Hausanschlussraum im Dachboden des Gebäudes vorgesehen werden. Da sich die EVUs aber ein späteres Umstellen auf Erdkabel vorbehalten, ist die Verlegung eines 36 mmLeerrohres zum Keller verpflichtend. Beim Freileitungsanschluss kann entweder ein Dachständer oder eine Giebelwandeinführung angewandt werden. Für Montage und Servicearbeiten ist ein Dachausstieg vorzusehen. Weiters sind die Abstände von 1 m zu Antennen und 2,5 m zu Bäumen einzuhalten.

1.5.4 Fundamenterder und Potentialausgleich Auch noch zur primären Installation gehören die Potentialausgleichsschiene und die Erder. Die elektrische Ladung zweier Körper zueinander wird als Potential oder Spannungsunterschied bezeichnet. Durch Isolationsfehler in Leitungen kann es zu brandauslösenden

Fehlerströmen und gefährlich hohen Berührungsspannungen kommen. Um dies zu verhindern, werden alle metallischen Leitungen und Großgegenstände sowie Antennen und Fernmeldeanlagen über die Potentialausgleichsschiene (PAS), welche sich im Hausanschlussraum 1 m über dem Kellerboden befindet, untereinander und mit dem Fundamenterder verbunden und damit auf Erdpotential gebracht. Im speziellen sind alle leitfähigen Bade- und Duschwannen, Abflussstutzen, Wasserleitungen, Gaszuleitungen,

Heizungsrohre, klimatechnische Anlagen, Kessel und Behälter und Stahltragwerke an die Potentialausgleichsschiene anzuschließen, wobei eine Kupferleitung von mindestens 4 mm2 oder ein gleichwertiger verzinkter Stahldraht verwendet werden muss. Da herkömmliche Erder sehr starker Korrosion unterliegen und damit eine funktionstüchtige Erdung nicht dauerhaft gewährleistet werden kann, ist bei Neubauten eine in das Fundament eingegossene Erdungsleitung vorgeschrieben. Dieser Fundamenterder besteht meist aus einem 100 mm2 starken verzinkten Bandstahl welcher hochkant mit der Bewährung verbunden allseitig mit mindestens 5 cm Betonüberdeckung in den Außenmauerfundamenten ringförmig verlegt wird. Zusätzlich zum Potentialausgleich wird der Fundamenterder auch zum sicheren Ableiten von Blitzeinschlägen verwendet. Abb. 29



Abb. 27: Hausanschluss über Starkstrom-Erdkabel

Abb. 28: Hausanschluss über Starkstrom-Erdkabel 

Es mag auf den ersten Blick eigenartig erscheinen, dass man die gesamte Elektroinstallation des Gebäudes und den Blitzableiter an der Potentialausgleichsschiene zusammenschließt. Dies wird aus jenem Grund so ausgeführt, damit bei einem Blitzeinschlag das gesamte Haus und alle darin befindlichen elektrischen

Primäre Elektroinstallation

295

 Abb. 29: Potentialausgleichsschiene mit Anschlüssen

Abb. 30: Zähler 

Installationen auf dem gleichen Spannungspotential liegen – somit können keine für Mensch und Geräte gefährlichen Spannungsdifferenzen entstehen, selbst wenn das gemeinsame Potential mehrere tausend Volt beträgt.

1.5.5 Zähleranlage

Abb. 31: Stromkreisverteiler 

296

gelangt die elektrische Energie weiter in den Stromkreisverteiler der einzelnen Versorgungsbereiche (z. B. Wohnungen, Büroabteilungen etc.).

1.6 Sekundäre Elektroinstallation (Verteilung und Installation

Der Zähler ist das letzte Glied in der primären Elektroinstallation. Er ist im Lieferumfang des EVU. Doppeltarifzähler werden benötigt, wenn zusätzlich zum Normalstrom (Tag) ein preiswerterer Nachtstrom bezogen wird. Die Umschaltung von Normal- auf Schwachlaststrom wird von einem Tonfrequenz-Rundsteuer-Empfänger durchgeführt, welcher eine eigene Montagefläche etwa gleicher Größe benötigt. Abb. 30

im Gebäude)

Man unterscheidet zwischen zentraler Zähleranordnung und dezentraler Zähleranordnung. Bei der zentralen Anordnung werden alle Zähler gemeinsam an einem geeigneten Ort, ev. in einem eigenen Zählerraum, montiert. Die Hauptleitungen können dadurch sehr kurz gehalten werden, allerdings ist auf den Spannungsabfall zu den Wohnleitungen hin zu achten, der nicht zu groß werden darf. Bei der dezentralen Anordnung werden auf jeder Etage Zählerschränke montiert, wobei meist Mauernischen für die Montage vorzusehen sind. Räume für die Zählermontage müssen den Anforderungen bewohnbarer Räume entsprechen. Nach der Zählung

Jedem Stromkunden muss ein eigener Stromverteiler zugeordnet werden. Meist werden Verteiler in Unterputzausführung mit Tür verwendet. Abb. 31 Der Verteiler sollte im Belastungsschwerpunkt der Endverbrauchsgeräte (bei Wohnungen im Flur zwischen Küche und Bad) untergebracht werden. Aufgrund der möglichen Schaltgeräusche im Verteiler, und aus elektrobiologischen Überlegungen, sollte dieser keinesfalls in einer Wand zu einem Schlafraum montiert werden. Bei Einfamilienhäusern kann durchaus eine Montage im Zählerschrank erwogen werden.

Elektro

Nachdem die elektrische Energie in das Gebäude geleitet und über die Zähler gemessen wurde, muss sie zu den einzelnen Stromkreisverteilern und von dort zu den Verbrauchern geführt werden.

1.6.1 Stromkreisverteiler

Primär erfolgt im Stromkreisverteiler die Aufteilung und Absicherung der Stromkreise. Weiters sind auch der/die Fehlerstromschutzschalter, Stromstoßrelais, Netzfreischalter, Klingeltrafos und ähnliche Anlagenteile untergebracht. Die einzelnen elektrischen Verbraucher sollten zu sinnvollen Gruppen (Stromkreise) zusammengefasst werden. Dabei unterscheidet man zwischen 230 Volt Wechselspannung und 400 Volt-Drehstromkreisen für Verbraucher mit sehr hohen Leistungen wie beispielsweise Elektroherden, Saunaöfen etc. In einer modernen Elektroinstallation sollten für die Raumbeleuchtung und die Steckdosen eigene Stromkreise geplant werden, da sonst bei den Steckdosen nicht mehr die volle Stromkreisleitung entnommen werden kann. Weiters würde bei einem Fehler in einem angeschlossenen Gerät und dem Auslösen der Stromkreissicherung auch das Licht im betreffenden Raum erlöschen. Für größere Geräte ab 2000 W wird ein eigener Stromkreis verwendet. Bei sämtlichen Stromkreisen wird jede Phase mit einer Schmelzsicherung bzw. einem Leitungsschutzautomaten gesichert. Diese Absicherung soll sicherstellen, dass im Stromkreis der vom Leitungsquerschnitt bestimmte, maximale Strom nicht überschritten wird und es damit zu keiner unzulässigen Erwärmung im Leiter kommen kann. Empfohlene Mindestanzahl von Stromkreisen für Beleuchtung und Steckdosen nach DIN 18015 T2. Wohnfläche (A) A  50 m2 50  A  75 75  A  100 100  A  125 A  125

Stromkreise 2 3 4 5 6

Bereits bei einem kleinen Isolationsfehler eines einzigen Gerätes, das an einem FI-überwachten Stromkreis hängt, schaltet der FI sämtliche an ihm angeschlossene Stromkreise ab. Bei manchen Wohnungsinstallationen wird nur ein einziger FI-Schalter vorgesehen, was bedeutet, dass die gesamte Wohnung im Fehlerfall spannungsfrei und damit dunkel ist. Um dies zu verhindern, wird dringend geraten, mindestens zwei getrennte FI-Schalter pro Einheit vorzusehen. Für Spezialstromkreise wie etwa EDV ist unbedingt ein eigener FI-Schalter einzuplanen.

1.6.2 Leitungsführung Grundsätzlich muss entschieden werden, wo und wie die Leitungsführung erfolgen soll; dazu werden für die drei folgenden Anwendungsbereiche typische Installationsformen aufgezeigt. 1.6.2.1 Wohnungsinstallation Unter Putz: Hier werden meist Leerrohre in gefräste oder gespitzte (mit Hammer und Meißel hergestellte) Mauerschlitze verlegt, bei Neubauten auch in die Schalung verlegte Leerrohre. Später werden mittels Einziehfedern die einzelnen, erforderlichen Drähte in die Rohre eingezogen. Auch Jahre später noch können zusätzliche Drähte oder größere Querschnitte eingezogen werden und damit die Installation den aktuellen Bedürfnissen angepasst werden. Auf Putz ist die einfachste Installationsart, hier werden Montageklammern auf der Wand befestigt, in die Kunststoffrohre eingesetzt und durch welche dann Mantelleitungen gezogen werden. Aufgrund der optischen Erscheinung einer solchen Installation wird sie meist nur in nicht sichtbaren Bereichen (z. B. über abgehängten Decken) oder in untergeordneten Räumen wie Kellern oder Fabrikshallen angewandt. Wenn viele Kabel zu verlegen sind, werden häufig Kabelkanäle verwendet. Sie sind aus Kunststoff geformte Tassen, welche mit einem Deckel verschlossen werden können. Dosen: Dort wo waagrechte und senkrechte Leitungen aufeinandertreffen, wird eine Verteilerdose gesetzt, welche in der Unterputzausführung mit einem weißen Kunststoffdeckel, welcher übermalt oder tapeziert werden kann, verschlossen wird. Die Verlegung von elektrischen Leitungen darf grundsätzlich nur waagrecht und senkrecht erfolgen, damit anhand der immer sichtbaren Schalter, Steckdosen und Verteilerdosen die Leitungsführung erkennbar bleibt, und Unfälle und Beschädigungen z. B. durch in die Wand eingeschlagene Nägel oder Anbohren vermieden werden können.

Sekundäre Elektroinstallation

297

Heute üblich ist meist eine 30 cm über dem Fertigfußboden verlaufende Ringleitung. In der Senkrechten werden Türen, Fenster etc. in einem Abstand von 10–30 cm umfahren. Leerdosen für Schalter und Steckdosen werden in folgenden Höhen installiert: Steckdosen: 30 cm oder 105 cm, bei Arbeitsflächen 115 cm, für Einbaugeräte 135 cm über FFB Schalter: 105 cm, bei Arbeitsflächen 115 cm über FFB 1.6.2.2 Büroinstallation Fensterkanalsysteme: Sie eignen sich vorwiegend in Bürogebäuden, Gewerbebetrieben mit Arbeitsplätzen an der Fassade und durchgehenden Brüstungsbändern. Weiters können Fensterbankkanäle auch mit der Verkleidung von Heizkörpern und Lüftungssystemen kombiniert werden. Die Kanäle bestehen aus Kunststoff, Stahl- oder Aluminiumblech und sind mit Stegen in mehrere Trassen aufgeteilt (z. B. für Starkstrom, Schwachstrom, EDV). Die Speisung erfolgt mittels Stichkanälen aus der Decke oder dem Fußboden. Die Vorteile bestehen hauptsächlich in der einfachen, flexiblen und nachträglich veränderbaren Leitungsführung und den überall im Kanal einbaubaren Steckdosen und Schaltern. Aus schalltechnischen und feuerpolizeilichen Gründen sind die Kanäle bei Wanddurchgängen mit Mineralwolle zu dämmen. Fußbodenleisten sind an der Kante FußbodenWand verlaufende Kabelkanäle, an welche Elemente für Steckdosen einfach angekoppelt werden können. Türen werden entweder unter dem Fußboden oder in der Türzarge umfahren. Häufig wird diese Methode in der Altbausanierung angewandt, da hier das Schlitzen der Wände oft nicht oder nur sehr aufwendig erfolgen kann. Sockelleisten: Sie sind erweiterte Fußbodenleisten, die neben den Elektrokabeln auch noch Heizungsrohre aufnehmen können. Um die maximal zulässige Betriebstemperatur von 30 °C im Kabelkanal nicht zu überschreiten, ist eine thermische Trennung eingebaut.

298

Elektro

Estrichüberdeckter Unterflurkanal: Ein Kunststoff- oder verzinkter Stahlblechkanal wird direkt auf die Rohdecke montiert und anschließend mit mindestens 3 cm Estrichüberdeckung vergossen. Die Kanäle selbst sind meist mit Trennstegen in eine Stark- und eine Schwachstromtrasse geteilt. An Kreuzungspunkten werden estrichbündige Zugdosen, an Anschlussstellen Unterfluranschlussdosen bzw. fußbodenüberragende Einbaueinheiten montiert. Beliebt ist diese Installationsführung bei großen Raumtiefen, kombiniert mit variabler Möblierung bzw. versetzbaren Trennwänden. Estrichbündiger Unterflurkanal: Dieses System wird mittels Distanzjustierschrauben von der Rohdecke abgehoben und exakt auf die Oberkante Estrich eingestellt und vergossen. Die etwa 3 mm starken Abdeckplatten, welche mit Teppich beklebt werden können, sind über die ganze Kanallänge mittels Magnetheber entfernbar. Er bietet damit sehr hohe Flexibilität und Wartungsfreundlichkeit. Diese Kanäle sollten möglichst im Flurbereich verlegt werden, damit sie ohne Behinderung der zu versorgenden Arbeitsplätze geöffnet und gewartet werden können. Systemböden gewähren einen flächendeckenden Installationshohlraum im Fußboden, mit beachtlicher Aufnahmekapazität und nahezu beliebiger Leitungsführung sowie sehr flexibler Anschlussgestaltung. Doppelböden: In einem Rastermaß von üblicherweise 60 auf 60 cm werden höhenjustierbare Stützen mit selbsttragenden Platten, die bereits mit einem Bodenbelag (Teppich, PVC, Keramik) versehen sind, verlegt. Durch Auslässe in den Platten können Kabel direkt von unten in Maschinen und Schreibtische eingeführt werden, oder es werden Überflur-Anschlussdosen installiert. Hohlraumboden: Er stellt eine preisgünstigere Alternative zum Doppelboden dar und bietet ebenfalls eine flächendeckende Installationsverteilung. Es gibt folgende Systeme: ■ Gewölbeartige, mit selbstnivellierendem Anhydritestrich ausgegossene PVC-Profilschalung ■ Spanplatten als Träger für einen 30 mm Fließestrich auf höhenverstellbaren

Kunststoffhülsen, welche von ca. 40 auf 160 mm einstellbar sind und mit dem Estrich ausgegossen werden. Die Anschluss- und Zugdosen können durch Aussparungen im Estrich oder nachträgliches Aufbohren hergestellt werden. 1.6.2.3 Industrieinstallation Stromschienensysteme bieten vor allem in Anwendungsbereichen, die höhere Ströme bedürfen, eine flexible, betriebs- und brandsichere Energieverteilung. Sie werden häufig in Fabrikshallen eingesetzt und bestehen aus dikken Vollmetalleitern, die in einem Gehäuse gegeneinander isoliert und berührungssicher gekapselt sind. Wird an einer Stelle Energie benötigt, so wird einfach ein systemeigener Abnehmer eingeschoben. Kabelwannen: Sie bestehen meist aus verzinktem Stahlblech und werden mit Hilfe von Haltebügeln an der Unterseite der Rohdecke befestigt. Die zu verlegenden Kabel werden einfach in die Wanne eingelegt und können jederzeit erweitert werden. In den herstellerspezifischen Kabelwannenprogrammen gibt es meist auch Elemente, die auch die vertikale Verlegung erlauben. Auf Putz: Aufgrund ihrer einfachen, schnellen und billigen Verlegung kommt auch hier die „auf Putz“-Installation zur Anwendung.

Sekundäre Elektroinstallation

299

2

Planung Die Schritte bei der Planung eines einfachen Objektes sind: Basisplanung: 1. Abklärung des Planungszieles 2. Erdung und Potenzialausgleich 3. Blitzschutz 4. Aufnahme der Anschlussleistungen 5. Ermittlung des Anschlusswertes 6. Anschlussantrag beim zuständigen EVU 7. Platzvorhaltungen und Hauptleitungstrassen 8. Bilden der Stromkreisaufstellung 9. Stromausfallschutz 10. Ausschreibung/Vergabe 11. Ausführungsphase Spezialplanung: Alternativenergie, Photovoltaik, Wind Elektrobiologische Planung

2.1 Basisplanung: Elektrotechnik Die im Folgenden näher erläuterte Checkliste soll eine chronologische Anleitung zur Planungsdurchführung von haustechnischen Elektroinstallations- und Blitzschutzvorhaben bieten. Der zum Verständnis und zur logischen Weiterentwicklung bzw. zur Abschätzung von Varianten nötige Background ist im Kapitel 1. (Einführung) zu finden.

2.1.1 Abklärung des Planungszieles



Abb. 32: Elemente der Gebäudeerdung mit Potentialausgleichsschiene und Blitzschutzanlage

300

In Gesprächen mit dem Bauherrn und dem Architekten sollte die Art und der Umfang der gewünschten Installation abgeklärt werden. Grundsätzlich wird zwischen vier Typen unterschieden, wobei meist Mittelwege zwischen den extremen Ausformungen gewählt werden.

Elektro

A) Die ökonomische Installation Hier ist erwünscht, den geforderten Umfang der Installation in konventioneller Ausführung möglichst kostengünstig umzusetzen. B) Die strahlungsarme, elektrobiologische Installation Der geforderte Installationsbedarf wird hier auf die Minimierung der durch die Stromanwendung verursachten elektrobiologischen Störfelder ausgerichtet. C) Die ökologische Installation Besonderer Stellenwert wird hier auf den Einsatz regenerativer Energiequellen, den sparsamen, effektiven Energieeinsatz und den ökologisch verantwortungsvollen Umgang mit den eingesetzten Materialien gelegt. D) Die ästhetisch bestimmte Installation Hier wird das Hauptaugenmerk auf die ästhetische Erscheinung der Installation gelegt; technische oder ökologische Belange sind zweitrangig.

2.1.2 Erdung und Potenzialausgleich Die Planung von Erdung und Blitzschutz sollte gemeinsam mit dem Architekt möglichst früh in der Konzeptionsphase des Gebäudes erfolgen, da es sich um Teile handelt, die in das Fundament und gegebenenfalls in die tragende Konstruktion integriert werden. Der Erder ist ein elektrisch leitender Teil, der entweder in das Erdreich eingebettet ist (Korrosionsgefahr), oder von leitfähigem Fundamentbeton umgeben ist, welcher wiederum großflächig mit dem Erdreich in Berührung steht. Dies stellt sicher, dass eine gute elektrische Verbindung zwischen allen größeren Metalleinbauten,

Rohrleitungen, der Potentialausgleichsschiene, dem Blitzschutzsystem und dem umgebenden Erdreich besteht. Diese gute, niederohmige Verbindung ist für die Sicherheit im Gebäude auf mehrfache Weise essentiell und muss deshalb in regelmäßigen Abständen nachgemessen werden. Abb. 32 Erdungsarten: ■

Horizontalerder: in Tiefen von 50–100 cm waagrecht verlegt, als Strahlen-, Ring-, oder Maschenerder ausgeführt.

■

Vertikalerder: lotrecht in größere Tiefen eingebracht, der Abstand bei mehreren Vertikalerdern kann doppelt so groß wie die eingeschlagene Länge sein. Werden sie in größere Tiefen als sechs Meter eingebracht, damit sie gut leitende Bodenschichten erreichen, werden sie als Tiefenerder bezeichnet. Für den Fall, dass nicht alle Ableitungen im Erdreich miteinander verbunden werden können (Einzelerder), enthält die ÖVE-E 49 Sonderbestimmungen.

dauerhaft leitfähig mit dem Fundamenterder verbunden werden und ca. 1 Meter über den Fußboden bzw. Erdboden herausragen. Anschlussfahnen sind nötig für: ■ Erderanschlussdose bzw. direkt für Potenzialausgleichsschiene ■ Für innenliegende metallische Großobjekte wie z. B. Aufzugsanlagen, Tankanlagen etc. ■ Für innenliegende Ableitungen der Blitzschutzanlage ■ Für außenliegende Ableitungen der Blitzschutzanlage ■ Für Regenfallrohre ■ Für den Anschluss allenfalls vorhandene Zusatzerder Abb. 33

Abb. 33: Fundamenterder und Anschlussfahnen 

■

Fundamenterder: in Fundamenten hochkant eingebrachter Bandstahl mit mindestens 30/3 mm oder Rundstahl mit d = 10 mm, mit vorhandenen Bewehrungseisen verbunden. Je nach Leitfähigkeit des umgebenden Erdreiches sind eventuell zusätzliche Erder an den Anschlusspunkten der Ableitungen erforderlich.

■

Natürliche Erder: vorhandene Metallteile wie Rohrleitung stellen nur eine unzureichende Notlösung dar. Der Normalfall eines Blitzschutzerders ist heutzutage ein geschlossener Ringerder, der allseitig mindestens 5 cm überdeckt in das Fundament einbetoniert wird, wobei alle nach außen gehenden Teile feuerverzinkt oder anderweitig dauerhaft vor Korrosion geschützt ausgeführt werden müssen. Ein solcher Fundamenterder muss unbedingt unter einer allfällig vorhandenen Feuchtigkeitsisolierung liegen. Zum Anschluss aller nötigen Teile an den Fundamenterder müssen ausreichend Anschlussfahnen eingeplant und deren Position in die Blitzschutzpläne eingezeichnet werden. Anschlussfahnen müssen vor der Betonierung

Zwischen den einzelnen vom Dach kommenden Ableitungen und den Anschlussfahnen müssen Trennklemmen in möglichst von außen zugänglichen Mauerkästen montiert werden. Dies ist nötig um Kontrollmessungen der Blitzschutzanlage vornehmen zu können. Grundsätzlich sollten Erder möglichst in frostfreier Tiefe, mindestens aber 0,4 m tief eingegraben werden. Unter stark begangenen Stellen sind Erder mindestens 1 m tief zu verlegen und durch eine Schutzschicht an der Oberfläche (z.B. Asphalt) zu isolieren, damit Menschen durch Schrittspannungen nicht gefährdet sind.

Basisplanung: Elektrotechnik

Werkstoffe: Bandstahl, verzinkt: 3 x 30 mm Rundstahl, verzinkt: : 10 mm mind. T Stahlprofilstäbe: 3 x 35 mm Kupferbänder: 2 x 25 mm : 7 mm Rundkupfer: T : 20 mm Kupferrohre: T (2 mm Wandstärke)

301

2.1.3 Blitzschutz Im vorhergehenden Schritt wurde bereits das Erdungssystem bestimmt. Diese Erdung ist für den Potenzialausgleich, die elektrotechnischen Schutzmaßnahmen und die Blitzschutzanlage gleichermaßen wichtig. Zur Planung der Blitzschutzanlage (Ableitungen und Fangvorrichtungen) benötigt man einen möglichst genauen Plan des zu schützenden Gebäudes und seiner nahen Umgebung. Dieser Plan sollte vor allem folgendes enthalten: ■ Dachform, Traufen- und Firsthöhe, Dachdeckung ■ Dachaufbauten und deren Höhe ■ Metallteile (Bleche, Rinnen, Rohre …) ■ Elektrische Installationen im und am Gebäude ■ Explosions- und brandgefährdete Räume, radioaktive Gefahrenstellen ■ Bäume und Wasserläufe in Gebäudenähe Abb. 34: Sinnbilder für Blitzschutzanlagen nach ÖNORM E 2970  Die Strichbreite für die Teile der Blitzschutzanlage soll das Dreifache der Strichbreite für die Gebäudeumrisse betragen!

Weiters muss der spezifische Erdwiderstand des Erdreichs bekannt sein. Bei der Erstellung des Planes ist nach den Bestimmungen der ÖV-E 49 vorzugehen. Für Gebäude, die höher als 30 m sind, gelten besondere Vorschriften. Die folgenden Sinnbilder nach ÖNORM E2970 sind für die Planunterlagen zu verwenden. Abb. 34, Abb. 35

Blitzableitungen Die Blitzableitungen sollen möglichst gleichmäßig verteilt und möglichst in direkter Fortführung der Fangleitungen geführt werden. Sie dürfen auch unter Putz, in Beton (Bewehrung) oder in Kunststoffrohren geführt werden und sind alle zwei Meter zu befestigen. Ihr Abstand zu Türen und Fenstern soll möglichst groß sein. Sie werden mit den Anschlussfahnen der Erder mittels Prüfklemmen an leicht zugänglicher Stelle verbunden. Es müssen so viele Ableitungen vorgesehen werden, dass kein Punkt im Grundriss des Gebäudes mehr als 15 m (Radien) von einer solchen entfernt ist. Von den erforderlichen Ableitungen müssen mindestens die Hälfte Hauptableitungen sein. Hilfsableitungen sind Ableitungen, deren durchgehend gut leitende Verbindung nicht dauerhaft gewährleistet ist. Hilfsableitungen können beispielsweise Regenfallrohre sein. Abb. 36, 37 Die richtige Verteilung von Fangspitzen bzw. Leitungen erhält man durch Ziehen von FünfMeter-Kreisradien auf der Dachdraufsicht. Fangvorrichtungen Damit der Blitz beispielsweise nicht in eine hölzerne Dachkonstruktion einschlägt, die dadurch Feuer fangen könnte, muss ein Netz aus Fangvorrichtungen am Gebäude installiert werden. Da der elektrische Strom sich immer den Weg des geringsten Widerstandes sucht, können diese gut leitenden Fangvorrichtungen den Blitz auf sich ziehen und damit über die Ableitungen sicher in den Erder und damit in den Boden bringen. Damit sicher gewährleistet ist, dass die Fangvorrichtungen an jeder Stelle des Gebäudes dem Blitz gegenüber den geringsten Widerstand darstellen, dürfen Fangradien von 5 m nicht überschritten werden. Ausgeführt werden Fangvorrichtungen als Fangleitungen oder Fangspitzen im Abstand von maximal 5 m, wobei die Fangspitzen die Dachhaut um 30 cm überragen müssen. Nicht metallische Dachaufbauten von mehr als 0,5 m Höhe, sowie alle Schornsteine und Dunstschlote müssen mit solchen Fangspitzen

302

Elektro

versehen werden. Vorhandene metallene Teile können Fangleitungen ersetzen, wenn sie in Material und Querschnitt entsprechen und eine gut leitende Verbindung dauerhaft gewährleistet ist. Üblicherweise können Attikaverblechungen, Blechdächer und Schneegitter als Fangvorrichtung genutzt werden. Größere Metallteile am Dach ab 1 m2 Fläche oder über 1 m Länge bzw. mehr als 0,5 m Höhe müssen mit der Blitzschutzanlage verbunden werden. Abb. 38 Beispiel eines Blitzschutzanlagenplanes für ein Wohnhaus (Walmdach) mit angebautem Gewerbebetrieb (Metallflachdach), sechs Hauptableitungen (A1-A6), und eine Hilfsableitung (HA-Regenfallrohr). Kamine, Giebel und First haben Fangvorrichtungen, Antennenmast, Entlüftungsrohr und Schneegitter sind angeschlossen. Nicht angeschlossen werden darf der Dachständer der EVU-Hauseinführung. Abb. 39 Behörde Das Blitzschutzprojekt wird in der Regel von der Baupolizei gemeinsam mit dem Eletrotechnikprojekt verhandelt und genehmigt. Es ist auf jeden Fall ratsam, den Kontakt zur Behörde so früh wie möglich zu suchen.

2.1.4 Aufnahme der Anschlussleistungen Die Planung der elektrischen Versorgung des Gebäudes beginnt mit der Ermittlung der nötigen Anschlussleistung. Die Anschlussleistung ist jene maximale elektrische Leistung, die vom EVU dem Objekt zur Verfügung gestellt werden soll; als erstes muss man daher die Verbraucher im Haus ermitteln bzw. abschätzen. Abschätzung der Anschlussleistung (Wohnungen): Gemäß TAEV und ÖNORM E 2792 ist für eine vollelektrifizierte Wohneinheit eine Leistung von 18 kW anzunehmen. Für allelektrifizierte Wohneinheiten (= vollelektrifiziert + Elektroheizung) ist noch die tatsächliche Leistung der Elektroheizung zu addieren.

Abb. 35: Sinnbilder für Gebäude und Umgebung nach ÖNORM E 2970

Grundfläche

Mindestanzahl der Ableitungen

bis 20 m2

1 Hauptableitung

bis 50 m2

1 Hauptableitung + 1 Hilfsableitung

über 50 m2

2 Hauptableitungen Abb. 36: Mindestanzahl von Hauptableitungen

Basisplanung: Elektrotechnik

303

 Abb. 37: Schema, wie die Lage der Ableitungen eruiert werden kann. Kein Punkt des Grundrisses darf mehr als 15 m von einer Ableitung entfernt sein.  Abb. 38: Fangradien. Kein Punkt des Daches darf mehr als 5m von der nächsten Fangvorrichtung entfernt sein.

Ein Erfahrungswert von einem Penthouse (Dachbodenausbau) in Wien mit sehr hohem Standard wären 65 W/m2 installierte Leistung. Ist mehr als eine Wohneinheit im Gebäude vorhanden, so ist mit Gleichzeitigkeitsfaktoren zu rechnen. Abb. 40

Abb. 39: Blitzschutzplan 

Genaue Ermittlung der Anschlussleistung: Je nach Verwendung der Räume und den dort eingesetzten Elektrogeräten müssen nun die erforderlichen Anschlussleistungen in eine Liste aufgenommen werden. Die in der folgenden Liste aufgenommenen Untergruppen (EDV, Licht, Steckdosen …) entsprechen der Aufteilung in Stromkreise und Sicherungsgruppen, siehe Kapitel 2.1.8 Bilden der Stromkreisaufstellung Abb. 41 Beleuchtung: Anhand der Raumnutzung und der dadurch erforderlichen Beleuchtungsstärke wird über die Raumgröße eine ungefähre Leistungsaufnahme der Raumbeleuchtung eruiert. Wichtig ist, dass auch das eingesetzte Leuchtmittel hier bereits festgelegt werden muss, da beispielsweise eine 18 W-Leuchtstoffröhre in einer geeigneten Leuchte (Gehäuse mit Reflektor zur Aufnahme des Leuchtmittels) für einen Büroarbeitsplatz eine gute Beleuchtung darstellt, eine 18 W-Glühbirne ergibt allerdings höchstens eine schummrige Dekorbeleuchtung für ein Wohnzimmer, eventuell geeignet als Fernsehbeleuchtung. Als überschlägige Abschätzung können 15 Watt pro m2 zu beleuchtender Nutzfläche herangezogen werden.

304

Elektro

Anzahl der Wohneinheiten

Gleichzeitigkeitsfaktor in %

Anzahl der Wohneinheiten

Gleichzeitigkeitsfaktor in %

1

100

21–24

28

2–6

47

25–30

27

7–9

40

31–35

26

10–12

36

36–40

25

13–14

33

41–45

24

15–16

31

46–50

23

17–18

30

51–60

22

19–20

29

61–100

18

Steckdosen: Ebenfalls anhand der Raumnutzung wird überlegt welche Geräte an die Steckdosen vermutlich angeschlossen werden sollen und wie hoch deren Leistungsaufnahme in etwa sein wird. Großgeräte und Maschinen: Jedes Gerät und jede Maschine mit einer Anschlussleistung von über 2000 Watt muss einzeln in die Liste aufgenommen werden und wird später auch von einem eigenen Stromkreis versorgt. Im Wohnungsbereich sind dies im besonderen Herde und eventuelle Elektroheizungen sowie größere Wasch- und Trockenmaschinen. Soweit bekannt, kann es bereits in diesem Planungsstadium sinnvoll sein, besonders den Standort größerer Energieverbraucher, aber auch speziell gewünschter Steckdosen und Beleuchtungskörper in den Grundrissplänen des Gebäudes mittels der für Elektroverbraucher vorgesehenen Planzeichen einzutragen. Abb. 42

 Abb. 40: Anschluss von vollelektrifizierten Wohneinheiten

teuer ist, verrechnet es dem Kunden die Mehrkosten weiter. Zum einen wird für jedes geforderte kW an Anschlussleistung eine einmalige Bereitstellungsgebühr gefordert, zum anderen wird je nach Höhe des tatsächlich verbrauchten Spitzenwertes (kW) ein Grundpreis ermittelt, welcher zusätzlich zum üblichen, mengenbezogenen Strompreis (kWh) zu zahlen ist. Vereinfacht gesagt ist die gleiche Menge an elektrischer Energie, wenn über einen langen Zeitraum wenig Energie bezogen wird, wesentlich billiger, als wenn kurze Zeit sehr viel und den Rest der Zeit gar keine Energie bezogen wird. Der Kunde ist daher bestrebt, den Anschlusswert so niedrig wie möglich zu halten, er darf aber auch keinesfalls zu niedrig gewählt wer-

Gerät

Stück

Leistung

Leistung ges. [W]

Abb. 41: Beispiel einer Tabelle zur raumweisen Leistungsaufnahme. Raumweise bedeutet in diesem Zusammenhang, dass es z. B. bei Büros zweckmäßig ist, gleichartige Räume als Typen zu charakterisieren.  Die Einzelwerte werden in der Tabelle Abb. 43 benötigt.

Stromkreis *

Büro EDV: PC, Drucker, ... Licht/m2 Steckdosen Gesamt:

Haustechnik, Aufzüge: Die haustechnischen Anlagen dürfen nicht vergessen werden. Kältemaschinen, Lüftungsanlagen, Druckhaltepumpen, Umwälzpumpen für die Heizung/Kälteversorgung, Liftanlagen usw. Hier sind jeweils die Leistungsangaben der Hersteller heranzuziehen.

WC Händetrockner Licht/m2 Steckdosen Gesamt: Außenanlagen: Rampenheizung

2.1.5 Ermittlung des Anschlusswertes

Beleuchtung

Der Anschlusswert stellt die maximal zu einem Zeitpunkt aus dem Netz entnommene Energiemenge dar. Da das Zurverfügungstellen dieser Spitzenleistungen für das EVU aufwendig und

u.s.w.

Gesamt: u.s.w.

* Die Spalte „Stromkreis“ bleibt bei diesem Planungsschritt noch leer. Im Zuge des Arbeitsschrittes 6 (Stromkreisaufstellung) wird diese Tabelle vervollständigt.

Basisplanung: Elektrotechnik

305

 Abb. 42: Beispiele typischer Anschlußwerte

Anschlusswert in kW Antennenverstärker Hausnummern-Beleuchtung Haussprechanlage Kühlschrank Gefriergerät Geschirrspüler Elektroherd Kochmulde Separater Backofen Mikrowellenherd Grill Dunstabzugshaube WW-Untertischspeicher 5–12l WW-Speicher ab 15l Wasserkocher 5l Durchlauferhitzer Sauna Waschmaschine Wäscheschleuder Wäschetrockner Bügelmaschine Nähmaschine Rasenmäher Staubsauger Radio Fernsehgerät Kaffeemaschine Mixer, Entsafter Toaster

Wechselstrom 0,02 0,02 0,01 0,2 0,2 3,5 5,7 2,0

5,0 11,0–14,0 5,0–10,0 2,5–5,0

1,0–2,0 0,8–3,3 0,2–0,3 2,0 4,0–6,0 2,0 12,0–33,0 4,5–18,0 2,2–3,3 0,4 2,1–3,3 1,5–3,3 0,02 - 0,1 0,3–1,0 0,2–1,0 0,05 0,2–0,4 0,7–1,2 0,2 1,0–1,7

den, da dieser Anschlusswert im Betrieb des Gebäudes zu keinem Zeitpunkt überschritten werden darf. Bei Überschreitungen ist der Kunde zu hohen Nachzahlungen dem EVU gegenüber verpflichtet. Aus diesen Gründen ist es sehr vorteilhaft, den Anschlusswert bei der Planung genau zu ermitteln. Abb. 43

306

Drehstrom

Da nicht alle Geräte an allen Orten zur gleichen Zeit in Betrieb sind, werden zur Ermittlung der Anschlusswerte die veranschlagten Leistungen mit Gleichzeitigkeitsfaktoren multipliziert. Bei der Ermittlung eines exakten Anschlusswertes müssen zwei verschiedene Gleichzeitigkeitsfaktoren berücksichtigt werden.

B) Der anlagenbezogene Gleichzeitigkeitsfaktor Hier wird z. B. auf den produktionstechnischen Ablauf Bedacht genommen. Wenn beispielsweise ein Arbeiter zuerst ein Blech mit einer Maschine zuschneidet, es dann mit einer Tiefziehpresse formt und schließlich mit einem Punktschweißgerät mit anderen Teilen verbindet, so ist produktionstechnisch immer nur eine dieser drei Maschinen in Betrieb, daher kann für diese Maschinen ein weiterer Gleichzeitigkeitsfaktor eingeführt werden. In diesem Beispiel wird der höchste der 3 Anschlusswerte mit einem GZF von 1 herangezogen, die zwei anderen Anschlusswerte werden mit 0 angesetzt, da sie ja nicht zusätzlich, sondern nur alternativ in Betrieb sind.

A) Der zeitliche Gleichzeitigkeitsfaktor Dieser berücksichtigt, dass nie alle Geräte eines Gebäudes gleichzeitig eingeschaltet sind. Ein üblicher, häufig gültiger, zeitlicher Gleichzeitigkeitsfaktor ist 0,6 – je nach Anwendungsfall kann der Faktor aber auch deutlich davon abweichen.

Übliche Gleichzeitigkeitsfaktoren: Beleuchtungsanlagen Haustechnik allgemein Steckdosenverbraucher EDV-Anlagen Werkstätten allgemein Rampenheizungen etc.

Elektro

0,60 0,60 0,60 0,80 0,50 1,00

 Abb. 43: Summenbildung je Gerätegruppe (Werte aus Abb. 41 einsetzen)

Anschluss von Wohneinheiten ohne Großdurchlauferhitzer: 13 separate Wohneinheiten 17 separate Wohneinheiten 25 separate Wohneinheiten 50 separate Wohneinheiten 100 separate Wohneinheiten

0,33 0,30 0,28 0,22 0,18

Anschluss von Wohneinheiten mit Großdurchlauferhitzer: 1–2 Wohneinheiten 3 Wohneinheiten 4–6 Wohneinheiten 7–9 Wohneinheiten 10–12 Wohneinheiten

1,00 0,77 0,54 0,36 0,27

In einer Liste werden nun alle Leistungssummen (gemäß Tabelle 7) mit den ihnen eigenen Gleichzeitigkeitsfaktoren multipliziert. Anschließend wird die Gesamtsumme der einzelnen Posten gebildet, damit ist der erforderliche Anschlusswert ermittelt.

Da erfahrungsgemäß im Betriebszeitraum eines Gebäudes immer noch weitere, nicht eingeplante Verbraucher hinzukommen, ist ein Aufschlag von 5–10 % ratsam. Verbrauchertyp Leistung Licht ... x EDV ... x Steckdosen ... x Zusatzgeräte ... x Haustechnik ... x Außenanlage ... x Summe + 10 % Aufschlag (Erweiterungen) Gesamt Anschlusswert

GZF ... ... ... ... ... ...

= = = = = =

Anschlussleistung ... kW ... kW ... kW ... kW ... kW ... kW ... kW ... kW ... kW

Lastmanagement: Das Lastmanagement ist eine Möglichkeit, den erforderlichen Anschlusswert durch ein intelligentes Management der einzelnen Verbraucher zu minimieren. Neben den finanziellen Vorteilen steigert das Lastmanagement auch die ökologische Bilanz des Energieeinsatzes. Abb. 44

Basisplanung: Elektrotechnik

307

Wird hingegen das Lastmanagement so programmiert, dass von mehreren Produktionsmaschinen immer nur eine eingeschaltet werden kann, so reduziert dies die Anschlussleistung zwar drastisch, kann aber unter Umständen zu ernsthaften Produktionsengpässen führen. Es ist daher genau zu untersuchen, wie weitgehend das Lastmanagement eingesetzt werden kann und soll.

 Abb. 44: Beispiel eines AnlagenAnschlussanmeldungsformulares der Wiener Stadtwerke

B) Eigene Energiequellen Die Netzanschlussleistung kann durch eine gebäudeeigene Energiequelle verringert werden. Insbesondere kann die Errichtung eines eigenen Blockheizkraftwerkes eine ökonomisch und ökologisch interessante Alternative sein. Auch der Einsatz von Windkraft und Photovoltaik an geeigneten Standorten sowie die in Zukunft immer interessanter werdende Brennstoffzelle ist zu überlegen.

2.1.6 EVU-Anschlussantrag/ Lastmanagement Der oben ermittelte, eventuell durch das eingeführte Lastmanagement weiter reduzierte Anschlusswert für das Gebäude muss nun mit der erstellten Liste beim EVU beantragt werden. Dieses überprüft, ob es im Bereich des Objektstandortes genügend Leistungskapazitäten, verlegte Energieleitungen, Trafostationen etc. hat und diese dem Kunden zur Verfügung stellen kann. Wenn dies nicht der Fall sein sollte, können folgende Schritte einzeln oder in Kombination angewendet werden: A) Erweitertes Lastmanagement Das Lastmanagement kann in verschiedensten Intensitäten programmiert werden. Wenn man beispielsweise eine moderne, gut isolierte Tiefkühltruhe durch das Lastmanagement über einige Stunden vom Netz trennt, so spart dies Anschlussleistung ein, ohne auf Komfort oder Funktionalität wesentlichen Einfluss zu nehmen. Auch das kurzfristige Takten von leistungsstarken, thermisch trägen Geräten im Großküchenbereich ist weitgehend unproblematisch.

308

Elektro

C) Eigene Transformatorstation Um die gewünschte Anschlussleistung doch aus dem öffentlichen Netz zu erhalten, ist ein eigener Anschluss an das mit 10 bis 20 kV betriebene Mittelspannungsnetz mit dem EVU abzuklären. In diesem Fall benötigt das Gebäude eine eigene Trafostation, welche die Mittelspannung in die erforderliche Niederspannung 400/230 V transformiert, hierfür ist dann je nach verwendeter Transformatorbauart auch ein eigener Raum mit diversen baulichen Vorkehrungen nötig. Im locker bebauten Gebiet werden meist freistehende Trafostationen auf öffentlichem Grund erstellt, im Stadtgebiet muss üblicherweise der Stromkunde im eigenen Gebäude einen adäquaten Raum zur Verfügung stellen. Die dafür nötigen Abmessungen und baulichen Besonderheiten (z. B. betonierte Ölwanne etc.) werden vom EVU vorgegeben.

2.1.7 Platzvorhaltungen und Hauptleitungstrassen Nun folgt die Planung der Hauseinführung und der Verteilung der vom EVU zugesagten Anschlussleistung. Das EVU gibt an, ob ein Dachanschluss über Freileitungen oder ein in den Städten üblicher Kabelanschluss im Keller erfolgt. Weiters wird aufgrund der vorhandenen Energieleitungen angegeben, in welchem Bereich des Gebäudes der Anschluss erfolgen kann. Der hier montierte Hausanschlusskasten, in welchem sich die drei Hausanschlusssicherungen befinden, stellt die Trennstelle zwischen öffentlichem EVU-Netz und privater Elektroinstallation dar. Mit Ausnahme von sehr kleinen Objekten ist ein eigener Hausanschlussraum zu planen. In diesem Raum kann auch die Energiezählung, der Potentialausgleich sowie die Absicherung und die Aufteilung auf die einzelnen Stromkreise erfolgen. Bei größeren Objekten erfolgt hier die Aufteilung für die im Gebäude platzierten Unterverteiler nach dem Baumprinzip. Empfehlenswert ist auch das Aufstellen eines Racks für die Telefon-, Alarm-, Gegensprech-, Videoüberwachungs- und eventuell EDV-Serveranlage. Ein ca. 4 x 2 m großer Raum stellt hierfür meist eine vernünftige Größenordnung dar. Zu beachten ist, dass auch nachdem an der Wand Zähler, Verteiler und anderes montiert wurde, die lichte Raumbreite 1,2 m nicht unterschreiten darf.

Bei einem Kabelanschluss muss für die Hauseinführung ein Einschleifkasten nach EVUVorschrift vorgesehen werden. Einbaumaße für Wien sind beispielsweise 605 (oder 845/1085/ 1350) x 1040 x 185 mm. Wenn die Baulichkeiten durch einen Vorgarten von der Verkehrsfläche getrennt werden, so ist an der Baulinie ein gemauerter Pfeiler mit Einschleifkasten, Zähler und Sicherungskasten zu errichten. Das Erdkabel ist normalerweise in einer Tiefe von ca. 70–100 cm unter dem Terrain verlegt. Eine entsprechende Durchführungsöffnung im Fundament oder in der Kellerwand sowie ein Mauerschlitz bis zur UK des Anschlusskastens sind vorzusehen. Die Messeinrichtungen müssen in jederzeit zugänglichen, trockenen, belüftbaren, staubfreien Räumen ohne größere Temperaturschwankungen untergebracht werden. In Wohnhäusern

sind sie außerhalb der Wohnungen stockwerksweise in Zählernischen oder in zentralen Zählerräumen im EG oder Keller unterzubringen, in Einfamilienhäusern im EG, KG, Vorraum oder Stiegenhaus. Über Größe, Art, Aufstellungsort entscheidet das EVU, das auch für Montage und Überwachung der Zähler zuständig ist. ■ Norm-Zählerplatte aus Thermoplast: 210 x 370 x 15 mm; UK 75–160 cm über FOK ■ Standardverteilerschrank (Verteilerfeld, Messfeld, Vorzählerfeld): 700 x 1150 x 250 mm; UK 75–160 cm über FOK ■ Zählerraum: Größe nach Anzahl der Zähler ca. 2–4 m2

Wenn wie oben erwähnt eine Unterverteilung nötig ist, so ist es ratsam, die Hauptleitungstrasse und die Standorte der Unterverteiler festzulegen. Aus diesen Festlegungen folgern sich die nötigen Platzvorhaltungen für Montagenischen, Durchbrüche und Schächte.

2.1.8 Bilden der Stromkreisaufstellung Im Sinne einer exakten Planung sollten spätestens jetzt die Positionen der Großverbraucher, Steckdosen, Schalter und Beleuchtungskörper in die Grundrisspläne eingezeichnet werden. Hierfür werden die Symbole nach DIN 40900 T.11 und DIN 40717 (siehe Appendix) verwendet. Anhand dieser Pläne und der ermittelten, raumbezogenen Anschlussleistungen sind die einzelnen Verbraucher zu Stromkreisen zusammenzufassen und in eine Liste einzutragen. Bei der Bildung von Stromkreisen ist es wichtig, auf eine räumliche und verbrauchertypmäßige Eingrenzung zu achten. Würden beispielsweise Steckdosen und Beleuchtung einer ganzen Wohnung zu einem Stromkreis vereint, so würde bei einem nächtlichen Kurzschluss eines angeschlossenen Gerätes die Sicherung sämtliche Steckdosen und die Beleuchtung ausschalten. Im Dunkeln nun die Steckdose mit dem fehlerhaften Gerät zu finden ist ein unnötig schwieriges Unterfangen. Stromkreise werden entweder einphasig, d. h. mit zwei Drähten (1 x Phase, 1 x Neutralleiter) oder bei größeren Leistungen dreiphasig ausgeführt.

Basisplanung: Elektrotechnik

309

310

Grundsätzlich werden folgende Arten von Stromkreisen gebildet, wobei jeder Stromkreis im Verteilerschrank mit einem eigenen Leitungsschutzelement in Form einer Schmelzsicherung oder eines Leitungsschutzautomaten abgesichert wird: A) Lichtstromkreise Hier wird die für die Beleuchtung von einem Raum oder Gebäudeabschnitt nötige Energie bereitgestellt. Lichtstromkreise werden einphasig ausgeführt. B) Steckdosenstromkreise Sie dienen der Versorgung steckbarer Verbraucher, möglichst auf einen oder maximal zwei Räume begrenzt. Für Geräte mit Drehstromstecker muss ein dreiphasiger Stromkreis mit entsprechender Dose eingerichtet werden. C) Maschinenstromkreise Für Leistungen ab ca. 2 kW, also etwa Waschmaschinen, Elektroherde etc., werden eigene Stromkreise gebildet. Maschinenstromkreise werden aufgrund der meist hohen Anschlusswerte üblicherweise dreiphasig ausgeführt. D) EDV-Stromkreise Aufgrund der gewünschten hohen Betriebssicherheit bei EDV-Anlagen sowie deren hoher Sensibilität bezüglich Spannungsschwankungen und kurzzeitigen Stromausfällen werden für EDV-Geräte grundsätzlich eigene Stromkreise eingerichtet. Diese werden teilweise mit einer USV-Anlage für eine garantierte, unterbrechungsfreie Stromversorgung ausgestattet. E) Mischstromkreise Hier werden sowohl Steckdosen als auch Licht und teilweise kleinere Maschinen von einem einzigen Stromkreis gespeist. Mischstromkreise stellen Notlösungen dar und entstehen meist durch nachträgliche, unprofessionelle Erweiterung der Installation. Im Sinne einer klaren Installation, und einer schnellen Fehlerbehebbarkeit sollten sie gänzlich vermieden werden.

ten, dass die Kreise auch zukünftigen Anforderungen gerecht werden. Bei Maschinenstromkreisen höherer Leistung wird meist ein Dreiphasen-Drehstromanschluss mit einer Absicherung von 3  16 A vorgesehen, was einer Anschlussleistung von etwa 12 kW entspricht.

Die Belastbarkeit jedes Stromkreises hängt von seiner Absicherung ab. Üblicherweise werden 12 A- oder 16 A-Sicherungen eingesetzt. Nach der Formel für die elektrische Leistung P = U  I erhalten wir für den Einphasenanschluss etwa 2200 W bzw. 3600 W. Als Zuleitungsquerschnitt werden hierfür 1,5 mm2 bzw. 2,5 mm2 Kupferdraht verwendet. Würde die angeschlossene Licht- oder Steckdosenlast dieses Maß überschreiten, so muss die Leistung auf mehrere Kreise aufgeteilt werden. Weiters ist zu beach-

Notstrom-Batterieanlage Im Normalbetrieb werden die zu Gruppen zusammengeschalteten Akkumulatoren vom EVU-Netz aufgeladen. Tritt ein Stromausfall ein, so wird die Gleichspannung der Batterien entweder direkt, oder über einen Wechselrichter und Transformatoren auf 230 V Wechselspannung umgeformte Energie den Notstromverbrauchern zugeführt. Meistens wird damit die Sicherheitsbeleuchtung und beispielsweise die Telefonnebenstellenanlage gespeist.

Elektro

Richtwerte: Ab ca. 2 kW Anschlussleistung ist ein eigener Stromkreis einzurichten. ■ Großgeräte ab 3,7 kW müssen über einen eigenen Stromkreis, sowie eine eigene ortsfeste (nicht steckbare) Geräteanschlussdose verfügen. ■ Ab 4,6 kW muss ein dreiphasiger Drehstromanschluss erstellt werden. Das bedeutet, dass der Anschluss mit 4 Leitungen (3 x Phase + Neutralleiter) zu erfolgen hat. ■ Die einzelnen Stromkreise sollen durch eine logische Zahlen- und Buchstabenkombination in den Unterlagen gekennzeichnet werden. ■

2.1.9 Stromausfallsschutz In Gebäuden wie Hotels, Versammlungsstätten, Warenhäusern, Gefängnissen, Kranken- und Hochhäusern ist der ständige Betrieb gewisser Anlagen wie z. B. Aufzüge, Lüftungsanlagen, medizinische Geräte, Beleuchtung etc. unbedingt erforderlich und von behördlicher Seite vorgeschrieben. Frühzeitige Behördenkontakte wegen Fluchtwegbeleuchtung, Notstrom, Sprinkler usw. Bei EDV-Anlagen, speziellen Fertigungsanlagen oder Laboratorien wäre ein Ausfall der Netzversorgung oft mit erheblichen wirtschaftlichen Verlusten verbunden, in beiden Fällen muss daher mit einer Notstromanlage Vorsorge getroffen werden. Grundsätzlich sind folgende Varianten möglich:

Notstrom-Dieselaggregate Notstromaggregate können bei Netzausfall nicht nur Sicherheits- und Ersatzbeleuchtung speisen, sondern auch Wechsel- bzw. Drehstrommaschinen mit höherer Leistungsaufnahme wie Aufzugsmotoren oder Lüftungsventilatoren sowie Sondermaschinen. Bei Netzausfall fährt das Aggregat binnen 6–15 Sekunden hoch, anschließend werden nach Prioritäten nacheinander die Verbraucher automatisch zugeschaltet. Die Anlagen werden meist mit einem Brennstoffvorrat für einen ca. 24-stündigen Betrieb ausgelegt. Da die Aggregate einen ausgesprochen hohen Geräuschpegel sowie Vibrationen erzeugen, ist auf eine ausreichende Dämmung bzw. Dämpfung zu achten. Unterbrechungsfreie Stromversorgung USV USV-Anlagen werden hauptsächlich für EDVund medizintechnische Geräte eingesetzt. Sie ermöglichen einen unterbrechungsfreien Übergang vom EVU-Netz zum Notstromnetz und verhindern damit ein fehlerhaftes Reagieren oder einen Datenverlust in den angeschlossenen Geräten. Bei geringeren Leistungen werden meist batteriegekoppelte Anlagen mit elektronischen Steuerungen eingesetzt. Werden höhere Leistungen gebraucht, so wird häufig ein Dieselnotstromaggregat eingesetzt, welches über eine bei Netzausfall aktivierte Magnetkupplung die Energie einer ständig laufenden Schwungscheibe auf die Aggregatswelle überträgt und damit binnen Bruchteilen einer Sekunde die volle Notstromleistung zur Verfügung stellt. Netzersatzanlagen Netzersatzanlagen sind Kleinkraftwerke, welche Krankenhäusern, Kasernen und größeren Industriebetrieben über einen längeren Zeitraum eine autarke Aufrechterhaltung der gesamten Stromversorgung ermöglichen. Notbeleuchtung Sicherheitsbeleuchtung: ist erforderlich um bei Netzausfall die Orientierung und das Finden der Fluchtwege sicherzustellen sowie bei Arbeitsplätzen mit besonderen Gefahren z. B. durch Maschinen Unfälle zu verhindern. Sicherheitsleuchten sind Leuchten, welche in ständiger Bereitschaft stehend bei Netzausfall je nach Einsatzort binnen 0,5 bis 15 Sekunden ihren Betrieb aufnehmen.

Rettungszeichenleuchten: sind auf grünem Untergrund mit weißem Pfeil oder Symbol versehene beleuchtete Hinweisschilder, welche im Normalfall über das Netz, im Notfall mittels Akku beleuchtet werden. Sie sind z. B. in zur Diaprojektion abgedunkelten Versammlungsräumen auch im Normalbetrieb eine wichtige Orientierungshilfe. Abb. 45

 Abb. 45: Rettungszeichenleuchte

Ersatzbeleuchtung: ist eine in der industriellen Fertigung installierte Notbeleuchtung welche mindestens 10 % der nach DIN 5035 T2 geforderten Nennbeleuchtungsstärke liefert und damit den eingeschränkten Fortgang der Arbeit ermöglicht. Als Stromquelle werden meistens Dieselaggregate verwendet.

2.1.10 Ausschreibung, Vergabe Die Ausschreibung besteht aus einer genauen Beschreibung der Anlage mit den Plänen und den Stromkreisaufstellungen. Weiters dem Leistungsverzeichnis, in dem die Massen genau erfasst sind. Schließlich die technischen, vertraglichen und terminbezogenen Bedingungen (technische und allgemeine Vorbemerkungen). Die für die Ausführung in Frage kommenden Elektroinstallationsbetriebe werden meist im Voraus telefonisch kontaktiert, wobei das Interesse und die terminlichen Kapazitäten eruiert werden. Bei öffentlichen Projekten ist zu prüfen, ob eine öffentliche Kundmachung über die Ausschreibung zu erfolgen hat. Nach Anbotsende werden alle pünktlich eingelangten Anbote auf ihre inhaltliche Vollständigkeit und Richtigkeit geprüft. Nach erfolgten Vergabegesprächen wird bei öffentlichen Aufträgen dem Bestbieter der Auftrag erteilt. Bei privaten Projekten entscheidet der Auftraggeber nach eigenem Ermessen über die Vergabe.

2.1.11 Ausführungsphase Detailplanung, Führungspläne Sofern die Installationspläne nicht schon vom Elektroplaner erstellt wurden, werden sie an dieser Stelle vom Elektroinstallateur angefertigt. Bei komplexeren Aufgabenstellungen müssen

Basisplanung: Elektrotechnik

311 311

 Abb. 46: Koordination der Elektroinstallationsarbeiten nach ÖNORM B 5431

312

Elektro

 Abb. 46: Koordination der Elektroinstallationsarbeiten nach ÖNORM B 5431

auch Schaltpläne des Verteilerbaus und der Verkabelung erstellt werden. Sie sind nicht nur für die Ausführungsarbeiten eine wichtige Hilfe, sondern dienen auch bei einer späteren Erweiterung bzw. einer Fehlersuche als wichtige Unterlagen. Zeitlicher Ablauf der Ausführung Nun erfolgt je nach Baufortschritt etappenweise die Ausführung der Elektroinstallation beginnend mit dem Einlegen des Fundamenterders und abschließend mit dem Montieren der Schalter- und Dosenabdeckungen. Die zeitliche Koordinierung sollte in Form eines Bauzeitplanes beispielsweise als Balkendiagramm oder als Netzplan erfolgen. In der Tabelle Abb. 46 wurden die Leistungen der Bauhaupt- und Baunebenarbeiten in chronologischer Reihenfolge den nötigen Elektroinstallationsarbeiten gegenübergestellt.

fortganges eine eigene elektrotechnische Bauaufsicht benannt. Nach Abschluss der eingeforderten Nachbesserungen und der Überprüfung der Schutzmaßnahmen wird des Projekt meist im Beisein von Architekt und Bauaufsicht abgenommen. Abb. 46 Nach dem Abschluss der Elektroinstallationsarbeiten muss dies der Elektroinstallateur dem EVU melden: ■ Wenn eine neue Anlage erstellt wurde, und noch kein Stromzähler vorhanden ist, so muss eine Strombezugsanmeldung erfolgen. Dies veranlasst das EVU, die Anlage zu überprüfen, den Zähler zu installieren und damit die Installation in Betrieb zu nehmen. ■ Für eine Anlage, die lediglich verändert oder erweitert wurde und ein Zähler bereits vorhanden ist, muss eine Fertigstellungsanzeige beim EVU eingereicht werden.

Wegen der meist fehlenden elektrotechnischen Qualifikation der üblichen Bauaufsicht wird für die Kontrolle der Richtigkeit und des Projekt-

Basisplanung: Elektrotechnik

313

2.2 Spezialplanung: Alternativenergie, Eigenversorgung Als erster Schritt zur Überlegung jeder (alternativen) Eigenstromerzeugung steht die Leistungsbedarfsanalyse für das Gebäude.

2.2.1 Leistungsbedarfsanalyse und Versorgungsstrategie Das tägliche Leistungsprofil und der Jahresenergieverbrauch eines Bauobjekts dienen als Grundlage bei der Planung einer Eigenstromversorgung.

Leistungsbedarf Die Ermittlung des elektrischen Leistungsbedarfs eines Objekts verfolgt zwei Ziele: Erstens soll der Verlauf des täglichen Leistungsbedarfs (Leistungsprofil) aufgezeichnet und zweitens daraus der kumulierte jährliche Energieverbrauch ermittelt werden. Bei bestehenden Gebäuden erfolgt die Aufnahme durch entsprechende Messeinrichtungen. Für in Bau befindliche Objekte kann man entweder statistisch ermittelte Daten heranziehen oder eigens eine Leistungsbedarfsanalyse durchführen. Dabei werden die Anschlusswerte der Elektrogeräte unter Berücksichtigung des Nutzungsgrads mit deren jeweiliger Betriebszeit multipliziert. Der Nutzungsgrad berücksichtigt den Unterschied zwischen tatsächlich benötigter Leistung und Anschlusswert. Statistische Daten für Grobabschätzung Für eine erste grobe Abschätzung können folgende Daten herangezogen werden (Abb. 47)

 Abb. 47: Durchschnittswerte für Jahresstromverbräuche verschiedener Nutzer

Laufen die Computer ununterbrochen, oder werden sie abgeschaltet, gibt es einen Energiesparmodus? Usw. ... Nicht vergessen, dass die Nutzung im Sommer ganz anders ist als im Winter, z. B. Licht! (Siehe auch Berechnungsbeispiel weiter hinten). Bei einer umfassenden Berechnung müssen daher neben den in der Tabelle Abb. 48 dargestellten Verbrauchergruppen noch weitere berücksichtigt werden: Steckdosen, Geräte/ EDV/Büro, Küche und Speisesäle, Lüftung, Sanitär, Aufzüge, etc. P...Anschlussleistung q...Nutzungsfaktor Peff...tatsächlich benötigte Leistung : Peff...durchschnittliche Tagesleistung T SO...Tagesenergiebedarf Sommer WI...Tagesenergiebedarf Winter Abb. 49 Versorgungsstrategie Mit dem errechneten Leistungsprofil kann man nun die Bemessungsstrategie festlegen. Man unterscheidet folgende Varianten: ■

Abdeckung des gesamten Energiebedarfs mit der alternativen Anlage. Maßgebend für diese Auslegung ist der maximale Bedarf (Tagesmaximum der Leistung) und die minimale Verfügbarkeit der alternativen Energiequelle (z.B. Strahlungsangebot im Winter für Photovoltaik). Für den Großteil des Jahres ist die Anlage daher dementsprechend überdimensioniert. Dieses Konzept wird nur bei Inselanlagen verfolgt.

■

Leistungsbedarfsanalyse Die Analyse erfolgt zum Beispiel nach folgendem Schema (Abb. 48) Bei der Erstellung dieser Tabelle sollte man wirklich systematisch vorgehen: wann und über welchen Zeitraum verteilt, kommen die Mitarbeiter ins Büro? Wird das Licht sofort aufgedreht, oder geht es im Sommer ohne Licht?

314

Elektro

Abdeckung des Summen-Energiebedarfs pro Jahr: Die PV-, oder Windenergieanlage wird so dimensioniert, dass sie im Jahresmittel genau so viel Energie liefert, wie verbraucht wird. Bei Verbrauchsspitzen wird daher Strom aus dem Netz bezogen, während man bei Verbrauchsminima Energie ins Netz „rückgespeist“.

Licht & Stecker t

P

q

[kW]

P

Peff [kW]

[kW]

q

Kälte P

Peff [kW]

[kW]

SO

WI

q

Peff [kW]

P [kW]

Peff [kW]

1:00

19

0,01

0,2

1,2

1

1,2

7

0

0

11,2

12,4

2:00

19

0,01

0,2

1,2

1

1,2

7

0

0

11,2

12,4

12

19

0,82

15,6

1,2

1

1,2

7

0,85

6

42,2

38,9

13

19

0,82 15,6

1,2

1

1,2

7

0,85

6

38,4

35,1

14

19

0,89

16,9

1,2

1

1,2

7

0,8

5,6

33,4

30,3

15

19

0,89

16,9

1,2

1

1,2

7

0,75

5,3

33,2

30,1

23

19

0,03

0,6

1,2

1

1,2

7

0,05

0,3

11,5

12,5

24

19

0,03

0,6

1,2

1

1,2

7

0

0

11,2

12,5

: Peff [kW] T 4SO [kWh] 4WI [kWh]

9,1

1,2

2,4

24,2

22,9

109,2

0

218,4

28,8

Sommer f=0,5

■

Heizung (Pumpen)

57,6 555,9

Sommer f=0

Dämpfen der Tagesspitzen: Besonders bei gewerblichen Gebäuden und öffentlichen Einrichtungen ist der Spitzenbedarf an elektrischer Energie tagsüber, also genau dann, wenn auch die PV-Anlage ihre Höchstleistung produziert. Besonders geeignet für Peak Shaving sind Notstromdiesel. Die Grundlastabdeckung erfolgt aus dem öffentlichen Netz.

0

-

 Abb. 48: Schematische Leistungsbedarfsrechnung. Der Verbrauch wird, nach einzelnen Verbrauchern aufgeschlüsselt, stundenweise über den gesamten Tag ermittelt. Zweckmäßig ist es, die Erhebung getrennt nach Sommer- und Winterbetrieb durchzuführen.

548,9

Winter f=0

■

Limitiertes Budget. Wie viel Wind- oder PVLeistung bekomme ich für mein Geld? Mit den im Punkt Kostenanalyse angegebenen Kosten pro kW lässt sich die mögliche Anlagengröße einfach abschätzen.

 Abb. 49: Tagesleistungsbedarf eines Bürogebäudes im Sommer und Winter

Spezialplanung: Alternativenergie, Eigenversorgung

315

2.2.2 Photovoltaik Die Grobplanung einer PV-Anlage kann in vier Bereiche eingeteilt werden: Bedarfsanalyse (siehe S. 46), Standortanalyse, Auslegung der Anlage und Kostenanalyse. Das System PV-Anlage gliedert sich in vier Subsysteme: PV-Generator (1), Energiespeicher (2), Spannungsaufbereitung (3) und Verbraucher/Netzanschluss (4). Der PV-Generator besteht aus mehreren PVModulen, die – am Dach oder an anderen Plätzen installiert – die Sonnenenergie direkt in Gleichstrom umwandeln. Um die Stromversorgung auch bei unzureichender Elektrizitätsproduktion durch die PV-Module sicherzustellen, muss ein Energiespeicher (Akkumulator-Block) vorgesehen werden. Dieser entfällt beim Netzparallelbetrieb, weil dort das öffentliche Stromnetz die „Speicherfunktion“ übernimmt. Viele elektrische Geräte können ausschließlich mit Wechselstrom betrieben werden. Deshalb muss der Gleichstrom so aufbereitet werden, dass einerseits einwandfreier Betrieb der Geräte gewährleistet ist, und andererseits im Falle einer netzparallelen PV-Anlage Netzeinspeisung erfolgen kann. Die Umwandlung von Gleich- in Wechselspannung erfolgt durch einen Wechselrichter, der mit dem öffentlichen Stromnetz synchronisiert wird. Das letzte Glied in der PVKette sind die diversen Verbraucher. Zu diesem Subsystem gehören auch Zähleinrichtungen, welche die ins Netz gespeiste Energie erfassen. Da in Mitteleuropa nahezu überall flächendekkend öffentliche Stromnetze verfügbar sind, überwiegt der Netzparallelbetrieb bei weitem. Inselanlagen auf Gebäuden sind daher nur in Sonderfällen zu finden, beispielsweise auf abgelegenen Berghütten, wo die Verlegung einer netzbasierenden Stromleitung unwirtschaftlich wäre. Aus diesem Grund ist diese Planungsanleitung auf den Netzparallelbetrieb ausgerichtet. Abweichungen, die für Inselbetrieb relevant sind, werden bei Bedarf kurz dargelegt. Die Wirtschaftlichkeit einer netzparallelen PV-Anlage hängt sehr von den Rahmenbedingungen ab, insbesondere von den verfügbaren Förderungsmöglichkeiten, die sich in unterschiedlichen Regionen stark unterscheiden. Die Investitionskosten sind aber in jedem Fall beträchtlich.

316

Elektro

2.2.2.1 Architektonische Integration/ Standortanalyse Bei der Bewertung des Standorts müssen sowohl die örtliche Strahlungsleistung und die erzielbare Energie aus Sonnenstrahlung als auch die Installationsmöglichkeiten der PVAnlage am Objekt untersucht werden. Beim Objekt und seiner Umgebung ist folgendes zu beachten: ■ Vorhandensein ausreichend großer ebener Flächen: Geeignet sind beispielsweise Dachflächen, Fassaden, Terrassen, umgebende Freiflächen. ■ Direkte Sonneneinstrahlung: Jede Art der Abschattung, insbesondere partielle, muss unbedingt vermieden werden. Bei Flachaufstellung der PV-Module in mehreren parallelen Reihen ist darauf zu achten, dass sich die Module auch bei niedrigem Sonnenstand im Winter nicht gegenseitig beschatten. Bei Dachmontage muss der Schattenwurf von Kaminen und anderen Dachaufbauten berücksichtigt werden. Achtung: Pflanzenwachstum! Abb. 50, 51, 52 ■

Neigung der PV-Flächen: Der Neigungswinkel soll zwischen 20 und 60° von der Horizontalen liegen, ideal sind 35–45°. Weniger als 15–20° ist nicht zu empfehlen, da sonst die wichtige Selbstreinigung der PV-Paneele (Laub, ...) wegfällt. Wird die Anlage nur im Sommer genutzt, muss der Neigungswinkel flacher sein, ca. 25°, im Winter sind ca. 55° günstig. ■ Himmelsrichtung der potentiellen Installationsflächen: Idealerweise erfolgt die Ausrichtung der Paneelflächen direkt nach Süden, eine Abweichung von weniger als 20° nach Ost oder West fällt kaum ins Gewicht. Können die Idealwerte für Neigung (z. B. bei Fassaden) und Orientierung nicht eingehalten werden, muss die Leistung des PV-Generators mit einem Abminderungsfaktor multipliziert werden, der dem Polardiagramm entnommen werden kann. 2.2.2.2 Berechnung der PV-Anlagenfläche Für die Berechnung ist unbedingt ein Datenblatt der PV-Module erforderlich, das folgende Daten enthält: Standardleistung (PStandard [kWp]), Modulfläche (AModul [m2]) und Modulwirkungsgrad (I [%]). Die Leistung von PV-Modulen wird bei Standardbedingungen angegeben: Modultemperatur 25 °C; Spektrum AM = 1,5; Einstrah-

 Abb. 50: Montage von PV-Generatoren – Bodenaufstellung; Inselbetrieb Quelle: Fa. Stromaufwärts – Photovoltaik GmbH

 Abb. 51: Montage von PV-Generatoren – dachintegriert/Dachaufstellung; Netzparallelbetrieb Bild links: Gartenhaus; Göfis Bild rechts: Energiepark West; Satteins Quelle: Fa. DOMASolartechnik

 Abb. 52: Montage von PV-Generatoren – fassadenintegriert; Netzparallelbetrieb Bild links: netzgeführte Photovoltaik-Anlage 4.040 Wp; Fa. Maschinenbau Metzler, Feldkirch Bild rechts: netzgeführte Photovoltaik-Anlage 17160 Wp; Energiepark West, Satteins Quelle: Fa. Stromaufwärts – Photovoltaik GmbH

lung normal auf Paneel 1000 W/m2. Basierend auf diesen Daten können in Österreich je nach geographischer Lage 800–1000 Volllaststunden (tVollast [h]) pro Jahr angenommen werden. In der Umrechnungstabelle sind die jeweiligen Vollaststunden für den jeweiligen Jahresenergieertrag (A) angegeben. Aus dem Polardiagramm erhält man einen Korrekturfaktor (b [%]), der die Ausrichtung des PV-Moduls berücksichtigt.

gewünschte jährliche Energiemenge (Ea [kWh]) berechnet werden. Die Gesamtfläche ergibt sich aus folgender Formel:

AAnlage =

Ea = Bei einer Grobauslegung kann die Gesamtfläche einer PV-Anlage (AAnlage [m2]) nur für eine

AModul  Ea

bPStandard tVollast

AAnlage  b  PStandard  tVollast AModul

Spezialplanung: Alternativenergie, Eigenversorgung

317

Abb. 53: Polardiagramm – Einfluss von Neigungswinkel und Himmelsrichtung auf die jährliche Energieausbeute eines PV-Generators  Mit den lokalen Einstrahlungsdaten ist eine Abschätzung des zu erwartenden Energieertrags durch Solarstrahlung möglich.

AAnlage AModul Ea

[m2] [m2] [kWh]

b

[%]

PStandard [kWp] tVollast

[h]

Fläche der PV-Anlage Fläche eines PV-Moduls jährlicher Energiebedarf/Ener gieertrag Minderungsfaktor (Ausrich tung der PV-Module) Standardleistung eines PVModuls Vollaststunden pro Jahr

AAnlage Ea

[m2] [kWh]

Eha

[kWh]

Eva

[kWh]

EErtrag

[kWh]

I

[%] [%]

b

1,5

Fläche der PV-Anlage jährlicher Energiebedarf/Energieertrag halbjährlicher Energiebedarf/ Energieertrag vierteljährlicher Energiebe darf/Energieertrag Jahres- bzw. Quartalsenergieertrag Wirkungsgrad des PV-Moduls Minderungsfaktor (Ausrichtung der PV-Module) Korrekturfaktor

Abb. 53, 54, 55 Jahres- und Quartalsenergieertrag pro m2 aus Sonneneinstrahlung auf die horizontale Fläche ausgewählter Orte in Österreich. Die jährlich eingestrahlte Sonnenenergie liegt bei ca. 1100–1400 kWh/m2. (A) (B) (C) (D) (E)

Bei einer Feinauslegung kann sowohl der jährliche (a) als auch der halb- (ha) oder vierteljährliche (va) Energiebedarf (Ea, Eha, Eva, [kWh]) berücksichtigt werden. Dabei sind die Daten aus der Abbildung über den Jahres- (A) und Quartalsenergieertrag (B) bis (E) pro m2 (Energieertrag EErtrag [kWh/m2]) erforderlich. Die ebene Referenzfläche wird durch den Faktor 1,5 berücksichtigt. Die Anlagenfläche ergibt sich zu: AAnlage =

E(a/ha/va) 1,5 b  I  EErtrag

AAnlage  b I  EErtrag E(a/ha/va) = 1,5

318

Elektro

Jänner bis Dezember Dezember bis Februar März bis Mai Juni bis August September bis November

2.2.2.3 Auslegung der Photovoltaikanlage Beispielhaft soll nun eine PV-Anlage projektiert werden, welche den Stromverbrauch der Klimaanlage im Kühlzeitraum (März bis August, 180 Tage) abdeckt. Diese Kopplung von Klimaanlage mit PV ist als durchaus vernünftig anzusehen, da der größte Energiebedarf (Kühlung) genau auch bei der intensivsten Sonneneinstrahlung auftritt. Der durchschnittliche Tagesenergieverbrauch der Klimaanlage beträgt ca. 58,0 kWh (Leistungsbedarfsanalyse). Das Dach, das für die Installation vorgesehen ist, hat eine Neigung von 45° und ist nach Südosten ausgerichtet (50° Abweichung von Südorientierung). Für diese Angaben kann man folgenden Minderungsfaktor aus dem Polardiagramm ablesen: ( = 94 % = 0,94. Der Aufstellungsort soll Wien sein. Das eingesetzte PV-Modul M55 hat folgende Spezifikationen: - PStandard = 55 Wp = 0,055 kWp - AModul = 0,43 m2 - I = 14 % = 0,14 Energiebedarf für die Kühlperiode: Eha = Ea = 180  E SO = 180 d  58,0 kWh/d = 10.440 kWh

Jahresenergieertrag EErtrag [kWh/m2]

Vollaststunden tVollast [h]

1400

1000

Grobauslegung: Im Raum Wien sind rund 800 Vollaststunden pro Jahr zu erwarten. AAnlage = AModul  Ea / (b PStandard  tVollast) = = 0,43m2  10.440 kWh/(0,94  0,055 kWp  800h) = = 108,54m2  110 m2

 Abb. 54: Zusammenhang zwischen Jahresenergieertrag (A) und Vollaststunden

Feinauslegung: Der Quartalsenergieertrag beträgt für die Monate März bis Mai ca. 350 kWh/m2 und für die Monate Juni bis August ca. 420 kWh/m2, insgesamt 770 kWh/m2. AAnlage = Eha  1,5 / (b  I  EErtrag) = = 10.440 kWh  1,5 / (0,94  0,14  770 kWh/m2) = = 154,48 m2  155 m2  Abb. 55: Energieertrag aus Sonneneinstrahlung: Jahres- und Quartalsenergieertrag pro m2 aus Sonneneinstrahlung auf die horizontale Fläche ausgewählter Orte in Österreich. Die jährlich eingestrahlte Sonnenenergie liegt bei ca. 1100–1400 kWh/m2. (A) Jänner bis Dezember (B) Dezember bis Februar (C) März bis Mai (D) Juni bis August (E) September bis November

Spezialplanung: Alternativenergie, Eigenversorgung

319

Aus diesem Beispiel ist ersichtlich, dass abhängig vom Einsatzzweck der PV-Anlage bei den beiden Berechnungsarten unterschiedliche Ergebnisse auftreten, die mitunter stark voneinander abweichen. In unserem Fall wird zur Abdeckung des Energiebedarfs der Kälteanlage während der heißen Monate natürlich eine größere Fläche als bei der Jahresenergieabdeckung benötigt. 2.2.2.4 Hinweise für die Ausführung Da die detaillierte Bauweise sehr von lokalen Gegebenheiten abhängig ist, werden nur generelle Hinweise für die Installation angegeben. 2.2.2.4.1 Allgemeines Üblicherweise reichen PV-Module aus Einscheibensicherheitsglas; Verbundglas ist nur bei besonderen Beanspruchungen vorzusehen. Der Wechselrichter muss nach einer in Österreich anerkannten Norm geprüft und mit einem entsprechenden Prüfzeichen versehen sein, z. B. ÖVE, VDE.

Als Wechselrichter (WR) kommen bei Netzrückspeisung nur reine Sinus-Wechselrichter in Frage. Sie haben einen Wirkungsgrad von ca. 90–95 %, selbst im Niederlastbereich. Der WR muss bezüglich Netzrückwirkung geprüft sein, idealerweise Prüfung nach ÖVE-B/EN 60555 (identisch mit DIN VDE 0838, CENELEC EN 60555). Der WR muss in jedem Fall netzgeführt sein. Wenn bereits eine Blitzschutzanlage existiert, ist die PVAnlage in diese zu integrieren. In jedem anderen Fall ist jedoch eine Schutzerdung vorzusehen. 2.2.2.4.2 Montage der PV-Paneele Module, die zu einem Strang gehören, sind so anzuordnen, dass der gesamte Strang möglichst gleichen Lichtbedingungen ausgesetzt ist. Um eine übermäßige Temperaturbelastung und somit Wirkungsgradminderung (in der Größenordnung von 10–15 %!) auszuschließen, ist eine Hinterlüftung von mindestens 5 cm vorzusehen. Die Module sind so anzuordnen, dass auch der Austausch von Einzelmodulen möglich ist. Bei Schrägdachmontage sind die Module in einem Mindestabstand von 0,5–0,8 m von allen Dachkanten zu installieren, um den Windsog zu minimieren. Das Dach ist nach Montage wieder entsprechend abzudichten. Die Gestelle werden üblicherweise in Aluminium- oder Edelstahlprofilen ausgeführt. Das Eigengewicht liegt bei ca. 200 kg/kW (20 kg/m2). Neben der Hinterlüftung ist auch ein Abstand zwischen den Paneelen von 0,5–1 cm vorzusehen. Um bei Flachdächern keine Probleme mit der Dachdichtung zu bekommen, werden üblicher-

320

Elektro

weise Betonplatten verwendet, auf welchen das Gestell montiert wird. Das Dach muss daher für eine Belastung von ca. 1500 kg/kW ausgelegt werden. Zusätzlich ist es notwendig, die Solarmodule mit Seilen abzuspannen. Weiters ist zu beachten, dass sich mehrere Reihen von PV-Modulen auch bei niedrigem Wintersonnenstand nicht gegenseitig beschatten. Analog zur Flachdachmontage kann auch eine freistehende Bodenmontage durchgeführt werden. PV-Systeme bieten dem Architekten auch viele neue Gestaltungsmöglichkeiten. Die PV-Module können die Funktion der Gebäudeaußenhaut übernehmen. Einige konstruktive Besonderheiten sind aber zu beachten: Bei beispielsweise Dachoder Fassadenintegration ist neben der Hinterlüftung (Kühlung und Kondensabzug) auch eine wasserdichte Installation (IP.7) vorzusehen. Für diese Art des Einbaus werden eigens rahmenlose PV-Module gefertigt, die in ihrer Handhabung allerdings empfindlicher sind. Mittlerweile gibt es auch durchscheinende bzw. verschiedenfarbige PV-Module sowie Dummy-Module. 2.2.2.5 Kostenanalyse Eine netzgekoppelte PV-Anlage inklusive Installation und Inbetriebnahme mit allen benötigten Komponenten verursachte 1999 größenordnungsmäßig folgende Kosten: Leistungsklasse Investitionskosten

1–3 kW 10 900 €/kW

Kostenverteilung 60–70 % Module mit Unterkonstruktion

6500–7600 €/kW

15–20 % WR und Elektronik 10–20 % Montage

1600–2200 €/kW 1100–2200 €/kW

Leistungsklasse Investitionskosten

> 10 kW 8700 €/kW

Kostenverteilung 60–70 % Module mit Unterkonstruktion

5200–6100 €/kW

15–20 % WR und Elektronik 10–20 % Montage

1300–1750 €/kW 900–1750 €/kW

Eine Inselanlage ist aufgrund der benötigten Speichereinheiten (Akkus) und des Zusatzaufwandes für die Installation um etwa 50 % teurer. Zusätzlich muss damit gerechnet werden, dass ca. alle 5 Jahre die Akkumulatoren ausgetauscht werden müssen, was erhebliche Kosten verursacht.

Die Lebensdauer einer PV-Anlage beträgt etwa 25 Jahre, was die Solarzellen und die Konstruktion betrifft. Die Elektronik (WR, Steuerung, Sicherheitstechnik) kann unter Umständen eine Lebensdauer von nur 10–15 Jahren haben. Für eine mittlere netzgekoppelte PV-Anlage investiert man insgesamt somit ca. 10 900– 12 700 € pro Kilowatt, die auf 25 Jahre aufzuteilen sind, das sind pro Jahr 440–510 €/kW. Der Wartungsaufwand ist vernachlässigbar. Nicht zu vernachlässigen sind jedoch die Prämien für eventuelle Versicherungen (Gebäudeversicherung oder eigene PV-Versicherung). Sie betragen etwa 2–3 % der Investitionskosten und liegen somit bei 220–330 €/kW und Jahr. Bei einer mittleren Energiegewinnung von ca. 1000 kWh/kW installierte Peak-Leistung kostet eine Kilowattstunde etwa 0,73 € (inklusive Versicherung).

Die Förderungen für PV-Anlagen sind regional nicht nur betragsmäßig sehr verschieden, sondern auch in Bezug auf die Modalitäten. Es ist daher notwendig, die lokal zuständigen Behörden (Gemeinde, Landesregierung) und das verantwortliche EVU zu kontaktieren. Förderungen werden entweder als Investitionszuschüsse (bis zu 3650 €/kW installierte Peak-Leistung), oder in Form von besonders hohen Netzrückspeisetarifen gewährt (bis zu 0,73 €/kWh; Vorarlberg). 2.2.2.6 Genehmigungen, Meldungen, Behördenwege Baubewilligung: Bei Erstellung eines Neubaus wird die Bewilligung im normalen Bauverfahren abgewickelt. Der Einbau von PV-Anlagen in bestehende Gebäude ist in vielen Orten nur mehr mit einer Bauanzeige verbunden, in wenigen Fällen ist eine Baugenehmigung erforderlich. Das gilt insbesondere bei unter Denkmalschutz stehenden Objekten oder bei besonderen Ortsbildauflagen.

Meldung an das EVU: Eine PV-Anlage ist wie jedes andere (größere) Elektrogerät dem Elektrizitätsversorger anzumelden, was bei Neubauten in Form der Strombezugsanmeldung geschieht. Bei Nachrüstung ist ein Datenblatt des EVU von einem konzessionierten Elektriker auszufüllen. Rückspeisevereinbarung: Als Voraussetzung für einen solchen Vertrag benötigt man einen Rücklieferzähler (oder einen Zweirichtungszähler bzw.

einen Stromzähler ohne Rücklaufhemmung), für den in jedem Fall eine Zählergebühr entrichtet werden muss. Diese Vereinbarung ist mit dem EVU direkt zu schließen. Natürlich ist es auch möglich, eine (gemeldete) PV-Anlage ohne Rückliefervereinbarung zu betreiben. Das bedeutet aber, dass es für eventuelle Rückspeisung keine finanzielle Vergütung gibt. 2.2.2.7 Spezielle Anwendungsbereiche PV-Anlagen können ein sehr breites Anwendungsspektrum abdecken: vom einfachen Gleichstromsystem mit/ohne Batterie über den Netzparallelbetrieb bis hin zu komplexen HybridSystemen. Egal für welche Verfahrensvariante man sich letztlich entscheidet; die von der PVAnlage bereitgestellte Leistung/Energie sollte möglichst geeigneten Verbrauchern zugeführt werden. Da während der Sommermonate eine wesentlich höhere Strahlungsenergie der Sonne als im Winter genutzt werden kann (vgl. Quartalsenergieertrag [B] bis [E]), bietet es sich an, Kühlungsanlagen zumindest teilweise mit Strom aus PV-Anlagen zu betreiben. Generell ist eine Kopplung der PV-Anlage mit der Klimatisierung (Lüftung, Kühlung, Heizung) sinnvoll. PV-Module als Fassadenelemente (Achtung: Verschattung) können bei hohen Bürobauten, welche die umgebenden Gebäude überragen, in den unbeschatteten Etagen eingesetzt werden. Als Blenden haben die PV-Module auch noch einen günstigen Neigungswinkel, trotzdem muss bei solchen Anlagen im Vergleich zu optimal installierten Anlagen eine etwa 20–35%ige Ertragsminderung in Kauf genommen werden.

Ideal ist die Kopplung der PV-Anlage mit einem Verbraucher, der zum Zeitpunkt der maximalen PV-Leistung den größten Bedarf hat, z. B. Kälteanlage, Wasserwerk.

2.2.3 Windenergie Photovoltaikanlagen zeichnen sich dadurch aus, dass die spezifischen Kosten für die Installation, d. h. die Kosten für die Anlage pro installiertem kW Leistung fast unabhängig von der Größe sind. Bei Windenergie ist dies anders; hier ist eine gewisse Kostendegression mit zunehmender Anlagengröße gegeben. Abb. 56

PNENN [kW] 200

AREF [MWh/a] 481

Kosten [kEuro] 230

spez. Invest [Euro/kWINST 1,15

spez. Kosten [Euro/kWh/a] 0,48

750

1.500

577

0,77

0,38

1.000

2.300

1.000

1,00

0,43

1.300

2.700

1.165

0,90

0,43

1.800

3.500

1.600

0,89

0,46

2.000

3.720

1.779

0,89

0,48

Spezialplanung: Alternativenergie, Eigenversorgung

321

2.3 Spezialplanung: Elektrobiologie Die elektrobiologischen Schutzmaßnahmen können anhand Ihres Aufwandes und Ihrer Kosten in verschiedene Schritte unterteilt werden. Die Konzepte verstehen sich als aufbauend; auch die aufwendigeren Methoden verlangen die Berücksichtigung der elementaren Grundsätze.

2.3.1 Grundsätzliches zu H- und E-Feld  Abb. 56: Investitionskosten, Jahres-Referenzerträge und spezifische Kosten von Windenergiekonvertern. Kostenbasis 2001

Zu den oben angegebenen Preisen für die Windräder sind noch folgende Kosten zu kalkulieren: Planung, Projektierung, Bauüberwachung

2–5 %

Schallschutz-, Baugrund-, Naturschutz-Gutachten

1500 €/St

Fundament Erschließungswege  Abb. 57: Feldlinienbild des E-Feldes

3–5 % 20–30 €/m 40 €/m

Stromleitung Trafostation

30 000–50 000 €

Betrieb: Wartung, Miete, Pacht, Rücklagen

3–5 %/a

Wirtschaftlich betreibbar sind daher eher Großanlagen, am besten im Bereich von 1–2 MW, die in Windfarmen aufgestellt sind; solche Anlagen werden nicht im Rahmen einer Haustechnikplanung geplant oder erstellt. Der wirtschaftliche Einsatz von Windenergie in einem Gebäude kann daher am besten durch die Beteiligung an einer Gemeinschaftsanlage in einem Windenergiepark erreicht werden. Wenn man einen Durchschnittshaushalt mit 4000 kWh Jahresverbrauch betrachtet und dieser über eine Windkraftanlage abgedeckt werden soll, so wäre unter der Annahme eines großen Windrades mit spezifischen Investitionskosten von ca. 0,50 €/kWh.a eine Investition von ca. 4000  0,5 = 2000 € erforderlich. Mit anderen Worten: durch eine Mehrinvestition in der Höhe von 2000 €, für die Beteiligung an einem Windenergiepark wird der Haushalt in Bezug auf elektrische Energie zum Nullenergiehaushalt!

322

Elektro

Wenn zwei Leiter an eine Spannung angeschlossen werden, entsteht zwischen ihnen ein elektrisches Feld (E-Feld), unabhängig ob das angeschlossene Gerät ein- oder ausgeschaltet ist. Dieses elektrische Feld hat immer einen Anfangs- und einen Endpunkt. Eine dazwischenliegende geerdete Metallfläche bildet sofort einen neuen Endpunkt und schirmt damit den Bereich hinter der Metallfläche ab, macht ihn also feldfrei. Abb. 57

Die Einheit der elektrischen Feldstärke ist 1 V/m (Volt pro Meter), abgeleitet von der elektrischen Spannung, die in Volt angegeben wird. Die baubiologische Empfehlung für die elektrische Feldstärke an einem Schlafplatz beträgt 1 V/m. Ab Feldstärken von 5 V/m sollten Sanierungsmaßnahmen erfolgen. Einige Feldverursacher und deren typische Feldstärken sind: Elektrische Heizdecke, 1 cm vom Körper entfernt

5000 V/m

Standort direkt unter einer Hochspannungsleitung

5000 V/m

Lampe einphasig abgeschaltet mit Schalter im Nulleiter zweiadriges Netzkabel in 50 cm Entfernung

300 V/m 70 V/m

Das magnetische Feld (H-Feld) hingegen kann nur entstehen, wenn ein elektrischer Strom durch den Leiter fließt, was nur der Fall ist, wenn der Verbraucher, Lampe, Stereoanlage u. a. eingeschaltet ist. Auch im Bereitschaftsbetrieb ist das Gerät elektrisch gesehen eingeschaltet und verursacht deshalb ein magnetisches Feld. Das magnetische Feld hat keinen Anfang und kein Ende, es ist immer in sich geschlossen, durchdringt nahezu ungehindert jegliche Materie und kann daher nicht abgeschirmt werden! Geschwächt werden kann dieses Feld nur durch ein Absenken des Stromes in der Zuleitung, was aber auch eine Senkung der Verbraucherleistung bewirkt, oder durch Kompensation. Bei der Kompensation wird ein gleich großes, aber räumlich entgegenwirkendes Feld erzeugt, welches das ursprüngliche Feld verringert, theoretisch sogar auf Null reduziert. Die Praxistauglichkeit dieser Methode ist allerdings sehr beschränkt. Abb. 58 Gemessen wird beim H-Feld die magnetische Flussdichte, welche in NT (Tesla) angegeben wird. Gerät

Magnetfeld im Abstand von 30 cm

Leuchtstofflampe

270

Glühlampe

500

Fernseher elektr. Fußbodenheizung Elektroherd

4000 8000 20000

2.3.2 Vermeidung und Verminderung von E- und H-Feldern

zimmerwand montierter Boiler, eine Steckdose in Bettnähe oder eine elektrobiologisch undurchdachte Leitungsführung in der Decke oder dem Boden können unter Umständen Störfelder erzeugen, wie sie sonst nur direkt unter Hochspannungsleitungen gemessen werden. Als besonders problematisch sind elektronische Kleingeräte einzustufen, welche mittels nur sekundärseitig geschaltetem Transformator ans Stromnetz angeschlossen sind. Insbesondere zählen dazu Geräte wie Radios, Fernseher, Stereoanlagen, Videorecorder und Radiowecker. Alle Geräte, welche über eine Fernbedienung ausgeschaltet werden, sind meist nur im Bereitschaftsbetrieb und strahlen damit weiterhin Störfelder aus. Sie sollten unbedingt mittels Netztaster am Gerät oder durch Ziehen des Steckers ganz ausgeschaltet werden, so kann Ihr Störfeld auf Ihre Betriebszeit begrenzt werden. Die einfachste Möglichkeit, die Felder ihrer Stärke nach zu vermindern, besteht darin, einen größeren Abstand zu ihrer Entstehungsquelle zu halten. So kann ein auf dem Nachtkästchen in 20–40 cm Kopfabstand betriebener Radiowecker ein Magnetfeld verursachen, welches ansonsten nur in unmittelbarer Nähe einer Hochspannungsleitung auftritt [8]. Bereits ein Abstand von 2–3 Metern reduziert die magnetische Feldstärke auf das allgemein übliche Niveau.

 Abb. 58: Feldlinienbild des H-Feldes

2.3.3 Allgemeine Richtlinien ■

Im Gegensatz zu elektrischen Feldern können die magnetischen Felder nicht abgeschirmt werden, daher sollte grundsätzlich versucht werden, die Felder möglichst zu vermeiden und die nicht vermeidbaren in Ihrer Stärke und Ihrer Einwirkungsdauer zu vermindern. Da sich der menschliche Körper besonders während des Schlafes regeneriert, ist es außerordentlich wichtig, die Störfeldbelastung in dieser Zeit so stark wie möglich zu minimieren. Man möchte meinen, dass in der Nacht, während des Schlafes, in einer Zeitphase in der der Mensch kaum elektrische Geräte benötigt, die Störfeldbelastung sowieso sehr gering sei, irrt damit jedoch gewaltig. Schon ein kleiner Radiowecker am Nachtisch, ein an der Rückseite der Schlaf-

Grundsätzlich vermieden werden sollte das Verlegen von Stegleitungen. Sie erzeugen im Vergleich zu „runden“ umhüllten Leitungen durch ihre ungünstige Geometrie ein wesentlich stärkeres Störfeld in ihrer unmittelbaren Umgebung. Am besten sind verdrillte Mantelleitungen; in ihnen wird durch das Gegeneinanderfließen von Hin- und Rückstrom das entstehende Magnetfeld teilweise wieder kompensiert. Unbedingt zu vermeiden ist ein räumliches Trennen von Hin- und Rückstrom, wie dies bei Ringleitungen der Fall ist. Vielmehr sollte bei der Leitungsverlegung das Prinzip des Baumes angewendet werden. Abb. 59

■

Bezüglich Ihrer elektrobiologischen Eigenschaften sind auch die immer beliebter werden-

Spezialplanung: Elektrobiologie

 Abb. 59: Steg- und Mantelleitung

323

den Niedervolt-Halogenlampen, welche an Seilen hängend oft quer durch die Räume gespannt werden, sehr ungünstig. Durch die niedrige Spannung muss, um eine entsprechende Leistung zu erzielen, ein sehr hoher Strom durch die oft 10 cm voneinander entfernten Leitungen fließen, wodurch hohe Feldstärken erreicht werden.

Im Bereich des Einfamilienhauses ist es, da man nicht nur auf das Zimmer, sondern auch den umliegenden Raum Einfluss hat, sehr gut möglich, die Störfeldbelastung wirkungsvoll einzuschränken.

■

2.3.4.1 Installationswände Nach den heutigen Erkenntnissen sind die Einwirkungen von elektrischen- und elektromagnetischen Feldern besonders während der Regenerationszeiten des menschlichen Körpers ungünstig und besonders zu vermeiden. Dementsprechend ist es sinnvoll, im Grundriss des Gebäudes Ruhezonen einzuplanen. Im Besonderen sind das die Schlafbereiche, Sitzecken und ähnliches. Abb. 60

■

Von den Ruhezonen – im Installationsplan grau unterlegt – sollten Mindestabstände zu elektrotechnischen Einrichtungen bestehen, wobei immer Luftlinien gemessen werden und Zwischenwände aufgrund Ihrer fehlenden Abschirmwirkung nicht berücksichtigt werden.

■

Im Gegensatz zu netzbetriebenen Kleinstgeräten sind batterie- oder akkubetriebene Gleichspannungsgeräte in Bezug auf ihre Störfeldabstrahlung als wesentlich günstiger zu beurteilen. Die grundsätzliche Umweltproblematik von Batterien kann durch die Verwendung von wiederaufladbaren Akkus oder schadstoffarmen Batterievarianten gemindert werden. Tisch- und Stehlampen aus Metall, welche über einen Schutzkontakt geerdet sind, erzeugen fast kein Störfeld, sie sind Konstruktionen aus nichtleitendem Kunststoff oder Holz vorzuziehen. Stableuchten und Leuchtstofflampen erzeugen starke Störfelder. Auf elektrische Heizdecken sollte aufgrund Ihrer körpernahen und in den menschlichen Regenerationszeiten liegenden Betriebszeiten unbedingt verzichtet werden!

■

Jede Art von frei herumliegenden Verlängerungsleitungen stellt generell eine Quelle für elektrische und/oder magnetische Felder dar, und sollte vermieden bzw. bei Abschaltung an der Steckdose ausgesteckt werden.

■

Eine zweipolige Geräteabschaltung ist der üblichen einpoligen vorzuziehen. Bei einpoliger Abschaltung ist darauf zu achten, dass der Schalter in der Phasenleitung liegt. Eine elektrotechnische Fachkraft kann dies schnell und einfach messen und an Stecker und Steckdose markieren.

■

Keinesfalls sollten leistungsstarke nachtaktive Geräte wie z. B. Boiler oder Nachtspeichergeräte in räumlicher Nähe oder an Wänden gegenüber von Ruhezonen liegen.

■

Ein Erdkabelhausanschluss ist Freileitungsanschlüssen unbedingt vorzuziehen, insbesondere wenn im Dachbereich Wohnräume vorgesehen sind.

324

2.3.4 Einfamilienhausneubau

Elektro

Hausanschlusskasten, Stromkreisverteiler Hauptleitungen, Steigleitungen Kleinnetzgeräte, Rundfunkempfänger Rohrleitungen für Gas-, Wasser-, Heizung Konventionelle Fernsehgeräte und Monitore

3m 3m 2m 2m 5m

Um diese feldarmen Zonen zu gewährleisten, sollten Installationswände und von Installation freizuhaltende Wände eingeführt werden. Im Installationsplan sollten die Ruhezonen und die Installationswände als schwarze Balken entlang der jeweiligen Wand eindeutig gekennzeichnet werden. Dadurch können gegenseitige Beeinflussungen schnell erkannt werden, und eventuell später erfolgende Erweiterungsinstallationen können das Konzept berücksichtigen. Jedem Raum sollte mindestens eine Installationswand zugeordnet werden, um später auftretenden Bedürfnissen gerecht zu werden. Bei der Planung geht man von dem installationsstärksten Raum, meist der Küche aus. Hier müssen oft alle vier Wände als Installationswände freigegeben werden. Die Planung wird mit den angrenzenden Nachbarräumen fortgesetzt, wobei die Wände zur Küche auf der Gegenseite sinnvollerweise ebenfalls zur Instal-

lation freigegeben werden. Dabei sollte immer darauf geachtet werden, dass der Luftlinienabstand zu den Ruhezonen möglichst groß bleibt, wobei Zwischenwände und Trennelemente unberücksichtigt bleiben, da sie keine relevante Feldschwächung erwirken. Die weiteren Schritte ergeben sich dann in der Regel zwangsläufig. Abb. 61 Bei dem Beispielgrundriss kann im Windfang ebenfalls über alle vier Wände für die Elektroinstallation frei verfügt werden. Gleiches gilt für den Gas-, Wasser-, Heizungsraum. Im Bad ist der schwarze Balken unterbrochen, da im Nassbereich aus Sicherheitsgründen nur sehr eingeschränkt eine Elektroinstallation erlaubt ist. (DIN VDE 0100 Teil 701) Im Schlafraum ist die Ruhezone RZ1 gewünscht, deshalb werden hier Installationen ausschließlich in der vom Bettkopf abgewandten Wand ausgeführt. Für die WC-Räume gibt es keine Einschränkungen. Im Kinderzimmer soll die Ruhezone RZ2 eingerichtet werden, daher wird die Installationswand hier in die Trennwand zu den Toiletten integriert. Im Flurbereich müssen die an das Kinderzimmer bzw. an den Schlafraum grenzenden Wände installationsfrei bleiben. Im Fernsehraum können nur zwei Wände freigegeben werden, da die anderen zu nahe an RZ1 liegen. Im Wohnraum schließlich steht nur eine Wand der Installation zur Verfügung und im Wintergarten kann mit Rücksicht auf RZ1 und RZ2 keine Wand freigegeben werden. Eine Raumbeleuchtung, eventuell erweitert um eine Schutzkontaktsteckdose, könnte in der Verlängerung der Installationswand Wohnen-Fernsehen erfolgen. Die Zuleitungen zu den inselartigen Installationsbereichen kann über den Deckenbereich oder den Dachboden – möglichst weit von den Ruhezonen entfernt – erfolgen. Besondere Aufmerksamkeit sollte den Außenwandbereichen gewidmet werden, da hier durch unüberlegtes Anbringen z. B. einer Beleuchtung das ganze Konzept zerstört werden könnte. Als zusätzliche Maßnahme beim Konzept Installationswände sollte die Installation mit zwei oder mehreren hochsensiblen Fehlerstromschaltern (FI