Aufbau eines Prüfstands zur Untersuchung von Trinkwasser-Erwärmungsanlagen

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Prof. Dr.-Ing. Hans Messerschmid

Leiter des Instituts für Versorgungstechnik (IVT)

Die hygienische Erwärmung von Trinkwasser ist heute mehr denn je Gegenstand wissenschaftlichtechnischer Untersuchungen. Gründe hierfür sind, dass sich zum einen im Laufe der letzten Jahre der Trend zu höherem Warmwasserverbrauch infolge komfortablerer Ausstattung der Wohnungen mit Sanitärarmaturen weiter verstärkt hat. Zum anderen ist die Trinkwassererwärmung mit der Verwirklichung des Niedrigenergiehauses aus ihrer quantitativen Nebenrolle als Energieverbraucher herausgetreten. Im Niedrigenergiehaus wächst der Anteil des Energiebedarfs für die Warmwasserbereitung auf ca. die Hälfte des Heizenergiebedarfs an. Vor dem Hintergrund stetig steigender Energiepreise ist auch die effektive Einbindung regenerativer Energien in die Trinkwassererwärmung eine aktuelle  technische Herausforderung. Ein weiterer Aspekt ist das in jüngerer Zeit wieder ins Zentrum der Diskussion geratene Legionellenproblem. In Deutschland erkranken jährlich 6.000 – 10.000 Menschen an dieser gefährlichen Krankheit. Hieraus ergeben sich aus hygienischer Sicht neue Anforderungen an die Konstruktion und Betriebsweise von Trinkwassererwärmern. Für die Prüfung und Zulassung solcher Anlagen werden daher hohe Ansprüche in Bezug auf Hygiene, Betriebssicherheit und Energieeffizienz gestellt. Diese Anforderungen werden durch spezielle Prüfverfahren nach DIN 4708, DIN 4753 und prEN 13203 geprüft.

Die Motivation, im Wasser- und Gaslabor einen solchen Prüfstand aufzubauen verfolgt zwei Zielrichtungen: Einerseits sollten durch diesen Aufbau den Studierenden die thermodynamischen Kenntnisse über Exergieinhalte und Nutzungsgrade unterschiedlicher Speichertypen nahegebracht werden. Auch die Art, wie sich solche Speicher im Zusammenspiel mit dem Wärmeerzeuger verhalten, ist für die Lehre von Bedeutung. Für den zukünftigen Planer ist zudem von Interesse, wie solche Kennwerte auf dem Prüfstand ermittelt werden und wie diese im Zusammenhang mit der Konzipierung einer Trinkwassererwärmungsanlage anzuwenden sind. Selbstverständlich sind beim praktischen Laborversuch auch Aspekte wie Messtechnik und Datenerfassungssysteme von großer didaktischer Bedeutung.

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Andererseits ist es für die Fakultät Versorgungstechnik und Umwelttechnik wichtig, mit diesem Prüfstand eine Möglichkeit zur Drittmittelforschung zu schaffen. Namhafte Hersteller von Komponenten in der Gebäudetechnik hatten bereits mehrfach ihr Interesse an der Zusammenarbeit mit der Fakultät bekundet. Dabei sind entweder Kapazitätsprobleme der Firmen ausschlaggebend oder immer öfter der Wunsch, mit dem gebündelten Know-How der Hochschule, unterstützt durch studentische Projekte, Grundlagenuntersuchungen an Trinkwasser- erwärmungsanlagen durchzuführen. Dabei sollten die Ein- und Ausströmverhältnisse sowie die Wärmeübertragung im Zusammenspiel mit modernen Wärmeerzeugern untersucht und bewertet werden. Weiterhin sollten systematische Untersuchungen der Temperaturschichtung in solchen Speichern durchgeführt werden. Ziel war es, die exergetische Gesamtbilanz des Systems zu verbessern und gleichzeitig hygienisch beste Voraussetzungen zu gewährleisten.

Der Aufbau des Prüfstandes wurde hauptsächlich durch Anforderungen aus den technischen Regelwerken
vorgegeben. Zusätzlich dazu war es wichtig, die Messgeräte-Ausstattung so zu konzipieren, dass „industrietaugliche“ Messungen bei gleichzeitigen didaktischen Ansprüchen durchgeführt werden konnten. Hierfür wurden eine Datenerfassungsanlage mit PC sowie spezielle, zur Steuerung des Messablaufs erforderliche Regler, Sensoren und Durchflussmessgeräte beschafft. Zur Durchführung mehrtägiger Messreihen
war es weiterhin erforderlich, den Messbetrieb so zu automatisieren, dass möglichst wenig Überwachung seitens des Laborpersonals erforderlich ist. Da diese Untersuchungen im Gaslabor erfolgen und an diesem Prüfstand überwiegend Gasgeräte im Entwicklungsstadium, Prototypen und ungeprüfte Neuentwicklungen zum
Einsatz kommen, war auch der Aufbau eines Sicherheits- und Warnsystems – z. B. mittels Gaswarnanlage und einer Abgasabsaugung – unabdingbar. Dabei mussten der sichere Betrieb des Labors sowie der Schutz der Mitarbeiter im Vordergrund stehen. Gleichzeitig zum automatischen Betrieb ist es möglich, alle Einstellungen, Messungen und Auswertungen auch manuell vorzunehmen. Dies ist für das studentische Verständnis der teilweise komplexen Vorgänge wichtig.

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Mittlerweile hat sich der Prüfstand in einer ganzen Reihe von studentischen Laborübungen bestens bewährt. Einige Projekt- und Abschlussarbeiten, die ohne die spezielle Ausstattung des Prüfstands nicht möglich gewesen wären, wurden durchgeführt. Auch wurde der Teststand bereits im Rahmen eines mehrwöchigen Industrieprojektes zur Untersuchung von Prototypen erfolgreich eingesetzt. Diese Erfahrungen kommen den Studierenden zugute.

Der VDF förderte dieses Projekt zur Erweiterung der Ausstattung im Labor für Wasser- und Gastechnik in der Fakultät Versorgungstechnik und Umwelttechnik mit 12 TEUR. Die Fakultät Versorgungstechnik und Umwelttechnik bedankt sich beim VDF für die  großzügige Spende. Der geförderte Prüfstand trägt ganz wesentlich zur praxisnahen Ausbildung unserer Studierenden bei und eröffnet gleichzeitig die Möglichkeit, im Rahmen von Forschungsprojekten noch besser mit den Industrieunternehmen zusammenzuarbeiten.


(1) © Hochschule Esslingen
(2) Prüfstand zur Untersuchung von Trinkwasserspeichern mit Messtechnik. © Hochschule Esslingen
(3) Laborversuch mit Studierenden am Prüfstand. © Hochschule Esslingen

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