Zapfrate: Was passiert beim Zapfen von Warmwasser aus einem Kombispeicher?

Der vorliegende Beitrag aus unserer Artikelserie zu Speichern als wichtiger Bestandteil von Heizungsanlagen mit Solarthermie-Anlagen auf dem Dach zeigt auf, was genau passiert, wenn wir den Wasserhahn aufdrehen, um Warmwasser aus einem Kombispeicher zu zapfen. Genauer gesagt, geht es sogar um acht verschiedene Kombispeicherklassen – denn dieser Beitrag bezieht sich direkt auf die theoretischen Betrachtungen zu Kombispeichern, die im Artikel „Puffernutzungsgrad: Wie viel Solarthermie kommt aus dem Wasserhahn?“ dargestellt werden.

Unser Speicherexperte Dr. rer. nat. Rolf Meißner hat in besagter Betrachtung acht verschiedene Kombispeicherklassen angenommen, um deren solaren Puffernutzungsgrad zu berechnen. Seine Berechnungen ergaben, dass eine Kombi-Solaranlage generell „umso mehr konventionelle Energie spart, je weniger sie zur Warmwasserbereitung ohne Nachheizung auskommt“.

Zur besseren Vergleichbarkeit seiner theoretischen Betrachtung hatte Dr. Meißner eine moderate Zapfrate unterstellt: „Die Zapfrate soll moderat sein (zum Beispiel maximal 12 Liter pro Minute).“ Dass der Puffernutzungsgrad jedoch recht stark von der Zapfrate abhängt und bei einer größeren als der unterstellten Zapfrate sogar noch schlechter ausfallen würde als dargestellt, soll dieser Artikel hier zeigen.

Ladezustands- und Zapfkurven – eine grafisch Beurteilung von 8 Kombispeichern

Die hier gezeigten Skizzen verdeutlichen laut Dr. Meißner, was beim Zapfen von warmen Wasser aus den acht verschiedenen Kombispeichern jeweils passiert. Sie tun das auf zweierlei Weise. Dabei stehen die Flächen der beiden zu jeweils einem der Kombispeicher 1 bis 8 gehörenden Diagramme für Wärmemengen.

Wie beeinflusst die Zapfrate den Puffernutzungsgrad? Grafik: Dr. Meißner / Paradigma

Wie beeinflusst die Zapfrate den Puffernutzungsgrad? Grafik: Dr. Meißner / Paradigma

Links zeigen die Diagramme jeweils, wie sich die Temperatur zu Beginn des Zapfens (durchgezogene schwarze Linie) und zu dessen Ende (gestrichelte schwarze Linie) über der Höhe des Speichers verteilt. Die rosafarben markierten Flächen entsprechen dabei den entnommenen Wärmemengen gemäß der Formel

Zapfrate_Formel 1

Die rechten Diagramme dokumentieren den zeitlichen Verlauf der Änderung der oberen Speichertemperatur (durchgezogene Linie) und der Zapftemperatur (gestrichelte Linie) während des Zapfens bis zum Abbruchkriterium Tzapf ?TWW. Auch hier entsprechen die rosafarben markierten Flächen den Wärmemengen, die abgezapft werden, gemäß der Formel:

Zapfrate_Formel 2

Vzapf wird als konstant angenommen. T ist jeweils der Zeitpunkt, zu dem die Zapftemperatur Tzapf kleiner wird als die Temperatur nach dem Mischautomaten TWW. Dr. Meißner merkt dazu an: „Da V’zapf zuvor als Volumenstrom aus dem Speicher definiert wurde und konstant sein soll, muss der am Wasserhahn wahrgenommene Volumenstrom gemäß dem

Zapfrate_Formel 3

größer sein beziehungsweise außer bei den Speichern 1 und 2 während des Zapfens ständig abnehmen und erst genau am Abbruchkriterium Tzapf ? TWW den Wert V’zapf erreichen. Praktisch wird aber der Zapfvolumenstrom nicht nachreguliert, solange der Temperaturzusammenbruch unter der Dusche noch nicht allzu sehr nervt. In der Realität sind die Temperaturabfälle der Zapfkurven (rot gestrichelt) also noch steiler, weil mit ihnen eine sukzessive V’zapf-Erhöhung einhergeht.

Foto: stefan brummel / photocase.de

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