Wasser erwärmen Rechner

Über die Berechnung zum Erwärmen von Wasser

Dieser Wasser erwärmen Rechner ermittelt die Energie zum Erwärmen von Wasser zwischen zwei Temperaturen, den Energieverbrauch der Wärmequelle unter Berücksichtigung des Wirkungsgrads, die Heizdauer und die Kosten eines Heizvorgangs. Bei Erdgas werden zusätzlich der Gasverbrauch und der Warmwasserdurchfluss in Litern pro Minute berechnet. Die Berechnung eignet sich für elektrische Warmwasserbereiter, Gasthermen und Warmwassersysteme.

Richtwerte und Empfehlungen

Benötigte Wärmeenergie zum Erwärmen von Wasser

Temperaturdifferenz. Zuerst wird die erforderliche Temperaturerhöhung als Differenz zwischen Ziel- und Starttemperatur des Wassers berechnet. Ist die Zieltemperatur nicht höher als die Starttemperatur, wird für die Energieberechnung eine Temperaturerhöhung von 0 °C angesetzt.

ΔT = max(T2 - T1, 0)

Dichte und spezifische Wärmekapazität von Wasser. Für die Berechnung wird näherungsweise 1 Liter Wasser = 1 kg sowie eine spezifische Wärmekapazität von 4,186 kJ/(kg·°C) verwendet. Nach der Umrechnung von Joule in Kilowattstunden entspricht dies dem Faktor 0,0011627778 kWh/(l·°C).

Q = V · ΔT · 0.0011627778

Dabei ist Q die Wärmeenergie, die dem Wasser zugeführt werden muss, kWh, V das Wasservolumen, l, und ΔT die Temperaturerhöhung, °C. Wird beispielsweise das Wasservolumen oder die Temperaturdifferenz verdoppelt, verdoppelt sich auch die erforderliche Wärmemenge.

Wirkungsgrad und Energieverbrauch der Wärmequelle

Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der Energie der Quelle als nutzbare Wärme an das Wasser übertragen wird. Wird der Wirkungsgrad berücksichtigt, ergibt sich der Energieverbrauch der Quelle, indem die erforderliche Wärmeenergie durch den als Dezimalzahl von 0 bis 1 angegebenen Wirkungsgrad geteilt wird.

Qsource = Q / η

Bei einem Wirkungsgrad von 90 % gilt beispielsweise η = 0.90. Um dem Wasser 5 kWh Wärme zuzuführen, werden daher etwa 5,56 kWh Energie aus der Quelle benötigt. Wird der Wirkungsgrad nicht berücksichtigt, rechnet der Rechner mit η = 1, also ohne zusätzliche Verluste.

Typische Wirkungsgrade. Bei elektrischer Widerstandsheizung wird für die direkte Wassererwärmung häufig ein Wirkungsgrad nahe 100 % angesetzt. Für Gasthermen liegt ein üblicher Orientierungsbereich bei etwa 85-95 %, sofern möglich sollte jedoch der Wert aus der technischen Dokumentation des konkreten Geräts verwendet werden. Bei Auswahl von Erdgas verwendet der Rechner standardmäßig einen Wirkungsgrad von 90 %.

Erdgasverbrauch

Heizwert des Gases. Das benötigte Erdgasvolumen wird aus der Brennstoffenergie berechnet, die der Wärmeerzeuger benötigt. Standardmäßig wird ein Heizwert von 10,5 kWh/m³ verwendet. Der tatsächliche Energiegehalt von Erdgas hängt von Zusammensetzung und Versorger ab, daher sollte für ein genaueres Ergebnis der vom Gasversorger angegebene Wert verwendet werden.

Vgas = Qsource / Hgas

Dabei ist V_gas der Erdgasverbrauch, m³, Q_source die erforderliche Brennstoffenergie einschließlich der durch den Wirkungsgrad berücksichtigten Verluste, kWh, und H_gas der Heizwert des Gases, kWh/m³. Je höher Wirkungsgrad und Heizwert sind, desto geringer ist das berechnete Gasvolumen.

Heizleistung und Heizdauer

Nutzbare Heizleistung. In dieser Berechnung bezeichnet die Leistung die Wärmemenge, die der Wärmeerzeuger pro Zeiteinheit an das Wasser übertragen kann. Die Heizdauer wird daher aus der für das Wasser erforderlichen Wärmeenergie und der nutzbaren Heizleistung bestimmt, während der Wirkungsgrad separat den Energieverbrauch der Quelle beeinflusst.

t = Q / P

Dabei ist t die Heizdauer, h, Q die für das Wasser erforderliche Wärmeenergie, kWh, und P die nutzbare Heizleistung, kW. Die berechnete Zeit wird zusätzlich durch Multiplikation mit 60 in Minuten umgerechnet. Bei Auswahl von Strom verwendet der Rechner standardmäßig 2 kW, bei Erdgas 20 kW. Diese Werte dienen nur als Ausgangswerte und können durch die Leistung des tatsächlichen Geräts ersetzt werden.

Leistung einer Gastherme. Bei einer Kombitherme oder einem Durchlauf-Gaswasserheizer sollte die für die Warmwasserbereitung verfügbare Leistung verwendet werden. Gibt der Hersteller eine separate Warmwasserleistung an, ist dieser Wert für die Berechnung vorzuziehen.

Warmwasserdurchfluss

Durchfluss in Litern pro Minute. Für einen Gaswasserheizer berechnet der Rechner außerdem die Wassermenge, die bei der angegebenen Leistung und Temperaturerhöhung theoretisch kontinuierlich erwärmt werden kann. Dieses Ergebnis hängt nicht vom gesamten Wasservolumen ab, das für die Energieberechnung eingegeben wurde.

q = P / (60 · ΔT · 0.0011627778)

Dabei ist q der Warmwasserdurchfluss, l/min. Bei gleicher Heizleistung steigt der mögliche Wasserdurchfluss, wenn die erforderliche Temperaturerhöhung kleiner wird. Dieselbe Gastherme kann beispielsweise bei einer Erwärmung um 30 °C einen höheren Durchfluss liefern als bei einer Erwärmung um 45 °C.

Kostenberechnung

Strom. Die Kosten werden berechnet, indem der Energieverbrauch der Quelle in kWh mit dem Tarif pro 1 kWh multipliziert wird.

Cel = Qsource · tariffel

Erdgas. Bei Gas werden die Kosten aus dem berechneten Brennstoffvolumen in m³ und dem Tarif pro 1 m³ ermittelt.

Cgas = Vgas · tariffgas

Der Rechner legt keine Währung für den Tarif fest. Die endgültigen Kosten werden in derselben Währungseinheit ausgegeben, in der der Tarif eingegeben wurde.

Temperaturen und europäische Normen

Typische Temperaturen. Für kaltes Leitungswasser wird je nach Jahreszeit und Region häufig ein Orientierungsbereich von 5-15 °C verwendet. Für gespeichertes Warmwasser sind Werte von etwa 50-60 °C üblich. Für ein konkretes System sollten nach Möglichkeit die tatsächlichen oder geplanten Temperaturen eingegeben werden.

Europäische Normen. Bei der Planung von Warmwassersystemen und der Bewertung ihrer energetischen Eigenschaften werden unter anderem folgende europäische Normen verwendet:

• EN 806 - „Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen“.
• EN 12831-3:2017 - „Energetische Bewertung von Gebäuden. Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast. Teil 3: Trinkwassererwärmungsanlagen, Heizlast und Bedarfsbestimmung“.
• EN 15316-3:2017 - „Energetische Bewertung von Gebäuden. Verfahren zur Berechnung der Energieanforderungen und Nutzungsgrade der Anlagen. Teil 3: Verteilungssysteme für Trinkwarmwasser, Heizung und Kühlung“.

Diese Dokumente werden bei der Auswahl von Parametern sowie bei der Planung von Wasser- und Heizungsanlagen verwendet. Die grundlegende Energieberechnung dieses Rechners basiert auf der Wärmebilanz des Wassers, der angegebenen nutzbaren Heizleistung und, falls erforderlich, dem Wirkungsgrad sowie dem Heizwert des Erdgases.

FAQs

Warum beeinflusst der Wirkungsgrad den Gas- oder Stromverbrauch, aber nicht die Heizdauer?

Die Heizdauer wird aus der nutzbaren Heizleistung berechnet, also aus der Leistung, die tatsächlich an das Wasser übertragen wird. Der Wirkungsgrad beschreibt die zusätzliche Energie der Quelle, die für diese nutzbare Leistung erforderlich ist. Ein niedrigerer Wirkungsgrad erhöht daher den Gas- oder Stromverbrauch, verändert bei gleicher nutzbarer Heizleistung jedoch nicht die berechnete Heizdauer.

Warum beeinflusst das Wasservolumen den Durchfluss einer Gastherme in l/min nicht?

Der Durchfluss eines Durchlauferhitzers wird durch die Leistung des Geräts und die erforderliche Temperaturerhöhung bestimmt. Das gesamte Wasservolumen beeinflusst den gesamten Energiebedarf, den Gasverbrauch und die Betriebsdauer, aber nicht die Anzahl der Liter, die das Gerät unter konstanten Bedingungen pro Minute erwärmen kann.

Welchen Heizwert für Erdgas sollte ich verwenden?

Für eine erste Abschätzung kann der voreingestellte Wert von 10,5 kWh/m³ verwendet werden. Für eine genauere Berechnung des Erdgasverbrauchs sollte der Heizwert des Gasversorgers oder der für das örtliche Gasnetz angegebene Wert verwendet werden.

Welche Leistung sollte ich für eine Kombitherme eingeben?

Verwenden Sie die nutzbare Leistung, die im Warmwasserbetrieb zur Verfügung steht. Bei manchen Gasthermen unterscheidet sie sich von der Heizleistung für die Raumheizung. Wenn die technische Dokumentation eine separate Warmwasserleistung angibt, sollte dieser Wert verwendet werden.

Warum können der tatsächliche Warmwasserdurchfluss und die Heizdauer von den berechneten Werten abweichen?

In der Praxis werden die Erwärmung und die Warmwasserleistung durch Wärmeverluste des Geräts und der Rohrleitungen, Änderungen der Eintrittstemperatur des Wassers, Leistungsmodulation und Regelverhalten beeinflusst. Bei der Durchlauferwärmung spielen außerdem die tatsächlichen Durchflussbedingungen und die Leistung des Wärmetauschers eine Rolle, daher ist das berechnete Ergebnis als technische Abschätzung für die angegebenen Eingangsbedingungen zu verstehen.