Versorgungstechnische Planung und Wirtschaftlichkeitsberechnung ...

Diplomarbeit 

VERSORGUNGSTECHNISCHE PLANUNG UND 

WIRTSCHAFTLICHKEITSBETRACHTUNG EINES 

BÜROCONTAINER-NEUBAUS DER 

TRÖGER UND ENTENMANN GMBH 

Vorgelegt am: 19.08.2013 

Von: 

Eric Grabosch 

OT Wüstenbrand 

Am Berg 4 

09337 Hohenstein-Ernstthal 

Studiengang: 

Studienrichtung: 

Versorgungs- und Umwelttechnik (VU) 

Technische Gebäudesysteme 

Seminargruppe: 

VU10/2 

Matrikelnummer: 4100289 

Praxispartner: 

Max Straube GmbH & Co. KG 

Zschopauer Straße 315 

09127 Chemnitz 

Gutachter: 

Herr Prof. Dipl.-Ing. Maik Schenker 

Herr Dipl.-Ing. Ulrich Griebel

Inhaltsverzeichnis 

Inhaltsverzeichnis ..................................................................................................................... III 

Abbildungsverzeichnis .............................................................................................................. V 

Tabellenverzeichnis .................................................................................................................. VI 

Formelverzeichnis ................................................................................................................... VII 

Formelzeichenverzeichnis Heizung ......................................................................................... IX 

Formelzeichenverzeichnis Sanitär ............................................................................................ XI 

Formelzeichenverzeichnis Kühlung ........................................................................................ XII 

Formelzeichenverzeichnis Solar ........................................................................................... XIII 

Formelzeichenverzeichnis Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ................................................... XIV 

Abkürzungsverzeichnis .......................................................................................................... XV 

Vorwort ...................................................................................................................................... 1 

Versorgungstechnische Planung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung eines Bürocontainer- 

Neubaus der Tröger und Entenmann GmbH .............................................................................. 2 

1 Grundlagen ......................................................................................................................... 2 

1.1 Projektbeschreibung .................................................................................................... 2 

1.2 Gesetzliche Grundlagen ............................................................................................... 2 

1.2.1 Gesetz zur Nutzung Erneuerbarer Energien zur Wärme- und Kälteerzeugung 

(EEWärmeG)...................................................................................................................... 2 

1.2.2 Energieeinsparverordnung (EnEV) ...................................................................... 3 

2 Heizungsanlage .................................................................................................................. 4 

2.1 Allgemeines ................................................................................................................. 4 

2.2 Heizlastberechnung nach DIN EN 12831, Beiblatt 1 .................................................. 4 

2.2.1 Grundlagen und Allgemeines ............................................................................... 4 

2.2.2 Transmissionswärmeverluste ............................................................................... 5 

2.2.3 Lüftungswärmeverluste ........................................................................................ 6 

2.2.4 Gebäudeheizlast ................................................................................................... 7 

2.3 Wärmeerzeugung und Sicherheitstechnik ................................................................... 8 

2.3.1 Wärmeerzeuger .................................................................................................... 8 

2.3.2 Temperaturregler .................................................................................................. 8 

2.3.3 Sicherheitstemperaturbegrenzer ........................................................................... 8 

2.3.4 Sicherheitsventil ................................................................................................... 8 

2.3.5 Ausdehnungsgefäß ............................................................................................... 9 

2.3.6 Wassermangelsicherung ....................................................................................... 9 

2.4 Heizkörperauswahl .................................................................................................... 10 

2.5 Rohrnetzberechnung .................................................................................................. 10 

2.5.1 Grundlagen und Allgemeines ............................................................................. 10 

2.5.2 Ermittlung der Massen- und Volumenströme .................................................... 10 

2.5.3 Ermittlung der Rohrdurchmesser ....................................................................... 11 

2.5.4 Ermittlung der Druckverluste ............................................................................. 12 

2.5.5 Hydraulischer Abgleich ...................................................................................... 14 

2.5.6 Auslegung der Umwälzpumpe ........................................................................... 14 

3 Sanitäranlagen .................................................................................................................. 16 

3.1 Allgemeines ............................................................................................................... 16 

3.2 Warmwassererzeugung .............................................................................................. 17 

3.2.1 Warmwasserbereiter ........................................................................................... 17 

3.2.2 Sicherheitstechnische Einrichtungen .................................................................. 18 

3.3 Berechnung der Trinkwasserleitungen nach DIN 1988-300 ..................................... 18 


3.3.2 Spitzenvolumenstrom ......................................................................................... 19 

3.3.3 Druckverluste und erforderliches Rohrreibungsdruckgefälle ............................ 19 

3.3.4 Rohrleitungsdimensionierung ............................................................................ 21 

III

3.4 Anforderungen an die Hygiene.................................................................................. 21 

3.5 Berechnung der Schmutzwasserleitungen nach DIN EN 12056-2 ............................ 22 


3.5.2 Schmutzwasserabfluss ........................................................................................ 23 


3.5.4 Projektspezifische Besonderheiten ..................................................................... 24 

3.6 Abluftanlage der Sanitärräume nach DIN 18017-3 ................................................... 24 


3.6.2 Abluftvolumenströme ......................................................................................... 25 

3.6.3 Ventilatoren ........................................................................................................ 26 

4 Kühlung ............................................................................................................................ 27 

4.1 Allgemeines ............................................................................................................... 27 

4.2 Kühllastberechnung nach VDI 2078 ......................................................................... 27 

4.2.1 Kühllast durch Personen ..................................................................................... 27 

4.2.2 Kühllast durch Beleuchtung ............................................................................... 28 

4.2.3 Kühllast durch technische Geräte ....................................................................... 29 

4.2.4 Kühllast durch nichtklimatisierte Nachbarräume ............................................... 29 

4.2.5 Kühllast durch Transmission durch äußere Umschließungsflächen .................. 30 

4.2.6 Kühllast durch Strahlung durch Außenfenster ................................................... 31 

4.3 Multisplit-Anlage....................................................................................................... 32 

5 Solaranlage ....................................................................................................................... 33 

5.1 Allgemeines ............................................................................................................... 33 

5.2 Warmwasserbedarf und Speicher .............................................................................. 33 

5.3 Energieertrag und Kollektorauswahl ......................................................................... 34 

5.3.1 Erstauslegung ..................................................................................................... 34 

5.3.2 Variantenvergleich ............................................................................................. 35 

5.4 Simulation .................................................................................................................. 37 

5.5 Anlagenkonzipierung ................................................................................................. 38 

5.5.1 Allgemeines ........................................................................................................ 38 

5.5.2 Volumenstromberechnung ................................................................................. 39 


5.5.4 Druckverlustberechnung .................................................................................... 40 

5.5.5 Solarpumpe und Armaturen ............................................................................... 40 

5.5.6 Sicherheitstechnik .............................................................................................. 41 

5.6 Stillstandszeiten ......................................................................................................... 42 

6 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen zur Solaranlage ........................................................... 44 

6.1 Allgemeines ............................................................................................................... 44 

6.2 Amortisationszeitberechnung .................................................................................... 44 

6.2.1 Investitionskosten der Solaranlage ..................................................................... 44 

6.2.2 Jährlich anfallende Kosten der Solaranlage ....................................................... 44 

6.2.3 Erdgas- und Energiekosteneinsparung durch Solaranlage ................................. 45 

6.2.4 Einsparungen unter Einfluss der Preisänderung ................................................. 47 

6.2.5 Berechnung der Amortisationszeit ..................................................................... 48 

6.3 Ergebnisauswertung................................................................................................... 49 

Fazit .......................................................................................................................................... 51 

Anhangsverzeichnis ................................................................................................................. 52 

Literaturverzeichnis .................................................................................................................. 53 

Ehrenwörtliche Erklärung ........................................................................................................ 54 

IV

Abbildungsverzeichnis 

Abbildung 1: Trinkwasser Chemnitz ...................................................................................................................... 16 

V

Tabellenverzeichnis 

Tabelle 1: U-Werte .................................................................................................................................................. 5 

Tabelle 2: Heizungspumpe .................................................................................................................................... 15 

Tabelle 3: Mindestfließdruck und Berechnungsdurchfluss ausgewählter Entnahmestellen ................................. 19 

Tabelle 4: maximale rechnerische Fließgeschwindigkeiten................................................................................... 21 

Tabelle 5: Einzelanschlussleitungen (Anschlusswert DU und Nennweite DN) ....................................................... 23 

Tabelle 6: Abluftvolumenströme innenliegende Sanitärräume ............................................................................. 25 

Tabelle 7: Werte Erstauslegung Solaranlage ........................................................................................................ 35 

Tabelle 8: Variantenvergleich Flachkollektoren .................................................................................................... 37 

Tabelle 9: Übersicht Simulation............................................................................................................................. 38 

Tabelle 10: Preissteigerung Erdgas - Varianten .................................................................................................... 48 

Tabelle 11: Kosteneinsparungen und Amortisationszeit ....................................................................................... 49 

VI

Formelverzeichnis 

Formel 1: Wärmestrom ........................................................................................................................................... 5 

Formel 2: Korrekturfaktor f ij .................................................................................................................................... 6 

Formel 3: Thermisch wirksamer Volumenstrom durch Mindestlüftung .................................................................. 7 

Formel 4: Thermisch wirksamer Volumenstrom durch natürliche Infiltration ........................................................ 7 

Formel 5: Lüftungswärmeverlust ............................................................................................................................ 7 

Formel 6: Mindestfülldruck MAG ............................................................................................................................ 9 

Formel 7: Wasservorlage ........................................................................................................................................ 9 

Formel 8: Erforderlicher Massenstrom eines Heizkörpers ..................................................................................... 10 

Formel 9: Volumenstromberechnung .................................................................................................................... 11 

Formel 10: Rohrinnendurchmesser ....................................................................................................................... 11 

Formel 11: Realgeschwindigkeit ........................................................................................................................... 11 

Formel 12: Druckverlust eines Leitungsweges ...................................................................................................... 12 

Formel 13: Druckverlust der Rohrleitung .............................................................................................................. 12 

Formel 14: Druckverlust durch Formteile .............................................................................................................. 12 

Formel 15: k v -Wert Thermostatventil .................................................................................................................... 13 

Formel 16: Druckverlust Thermostatventil bei offener Stellung (N) ...................................................................... 13 

Formel 17: Druckverlust Rücklaufverschraubung ohne Einstellung ...................................................................... 13 

Formel 18: benötigter k v -Wert des Thermostatventils .......................................................................................... 14 

Formel 19: Wasservolumen für die Duschvorgänge ............................................................................................. 17 

Formel 20: Korrekturfaktor für Umrechnung Warmwasser 60 °C – 45 °C ............................................................. 17 

Formel 21: Benötigte Warmwasserspeicherladezeit ............................................................................................. 18 

Formel 22: Spitzendurchfluss ................................................................................................................................ 19 

Formel 23: verfügbarer Druckverlust .................................................................................................................... 20 

Formel 24: Druckverlust durch geodätische Höhe ................................................................................................ 20 

Formel 25: Verfügbares Rohrreibungsdruckgefälle .............................................................................................. 21 

Formel 26: Schmutzwasserabfluss ........................................................................................................................ 23 

Formel 27: Kühllast durch Personen (allgemein) ................................................................................................... 27 

Formel 28: trockene Kühllast durch Personen ....................................................................................................... 28 

Formel 29: feuchte Kühllast durch Personen ......................................................................................................... 28 

Formel 30: Kühllast durch Personen ...................................................................................................................... 28 

Formel 31: Kühllast durch Beleuchtung ................................................................................................................ 28 

Formel 32: Kühllast durch technische Geräte ........................................................................................................ 29 

Formel 33: Kühllast durch nichtklimatisierte Nachbarräume ............................................................................... 29 

Formel 34: Kühllast durch Transmission durch die äußeren Wände und Dächer .................................................. 30 

Formel 35: 1. Korrektur von Δϑ äq (z) ....................................................................................................................... 30 

Formel 36: Kühllast durch Außenfenster ............................................................................................................... 31 

Formel 37: Kühllast durch Strahlung durch das Fensterglas ................................................................................. 31 

Formel 38: Kühllast durch Strahlung durch das Fensterglas ohne Verschattung .................................................. 32 

Formel 39: täglicher Nutzwärmebedarf ................................................................................................................ 33 

Formel 40: solarer Nutzenergiebedarf .................................................................................................................. 34 

Formel 41: benötigte Kollektorfläche .................................................................................................................... 34 

Formel 42: Wärmeenergieaufnahme des Speichers ............................................................................................. 35 

Formel 43: Nutzwärmeeintrag Solaranlage .......................................................................................................... 36 

Formel 44: solarer Nutzenergieeintrag ................................................................................................................. 36 

Formel 45: Deckungsgrad ..................................................................................................................................... 36 

Formel 46: Volumenstrom ..................................................................................................................................... 39 

Formel 47: Innendurchmesser ............................................................................................................................... 39 

Formel 48: Realgeschwindigkeit ........................................................................................................................... 40 

Formel 49: Druckverlust der Rohrleitung .............................................................................................................. 40 

Formel 50: Gesamtdruckverlust ............................................................................................................................ 40 

Formel 51: Nennvolumen MAG ............................................................................................................................. 41 

Formel 52: Gesamtvolumen Solarkreislauf ........................................................................................................... 41 

Formel 53: Nutzeffekt MAG .................................................................................................................................. 42 

Formel 54: minimaler Betriebsdruck ..................................................................................................................... 42 

Formel 55: jährlich anfallende Kosten ................................................................................................................... 45 

Formel 56: jährliche solare Energiebereitstellung ................................................................................................. 45 

Formel 57: jährlich eingesparte Endenergie .......................................................................................................... 46 

VII

Formel 58: Heizwert im Betriebszustand .............................................................................................................. 46 

Formel 59: Brennwert im Betriebszustand ............................................................................................................ 46 

Formel 60: jährlich eingespartes Erdgasvolumen ................................................................................................. 47 

Formel 61: jährlich eingesparte Erdgasenergie ..................................................................................................... 47 

Formel 62: Preisänderungsfaktor .......................................................................................................................... 47 

Formel 63: jährliche durchschnittliche Einsparung ............................................................................................... 48 

Formel 64: Kosteneinsparung ............................................................................................................................... 48 

Formel 65: Amortisationszeit ................................................................................................................................ 48 

VIII

Formelzeichenverzeichnis Heizung 

Formelzeichen Einheit Bedeutung 

A m² Fläche 

b u - Korrekturfaktor unbeheizte Nachbarräume 

c p Wh/(kgK) spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck 

c p,L Wh/(kgK) spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck (Luft) 

d i m Innendurchmesser 

d i,real m realer Innendurchmesser 

e - Abschirmkoeffizient 

f - Korrekturfaktor 

f ij - Korrekturfaktor Nachbarraum/Berechnungsraum 

k v m³/h Ventilkennwert (k v -Wert) 

k vs m³/h Ventilkennwert Hersteller (k vs -Wert) 

l m Länge 

l ges m Gesamtlänge 

m kg Masse 

̇ kg/h Massenstrom 

n min 1/h Mindestluftwechsel 

n 50 1/h Luftdichtheit der Gebäudehülle 

P W Leistung 

̇ 

p 0 bar Vordruck MAG 

W Heizleistung 

R Pa/m Rohrreibungsdruckgefälle 

U W/(m²K) Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) 

V m³; l Volumen 

V MAG l Volumen MAG 

V R l Raumvolumen 

V System l Anlagenvolumen 

̇ 

V WV l Wasservorlage 

m³/h; l/s Volumenstrom 

̇ m³/h Volumenstrom durch Infiltration 

̇ m³/h Volumenstrom durch Mindestlüftung 

̇ m³/h thermisch wirksamer Luftvolumenstrom 

v m/s reale Geschwindigkeit 

w m/s Richtgeschwindigkeit 

X P K Regelabweichung Thermostatventil 

Δp Pa Mindestdruckverlust Thermostatventil 

Δp Ap Pa Druckverlust durch Apparate 

Δp diff Pa abzudrosselnder Differenzdruck 

Δp HK Pa Druckverlust durch Heizkörper 

Δp LW Pa Druckverlust eines Leitungsweges 

Δp R Pa Druckverlust durch Rohrreibung 

Δp RLV Pa Druckverlust durch Rücklaufverschraubung 

Δp TV Pa Druckverlust durch Thermostatventil (offen – Stellung N) 

Δp WE Pa Druckverlust durch Wärmeerzeuger 

Δp Z Pa Druckverlust durch Formteile 

ΔU WB W/(m²K) Wärmebrückenzuschlag 

Δϑ K Temperaturdifferenz 

IX

Δϑ VR K Temperaturspreizung (Vorlauf/Rücklauf) 

ε - Höhenkorrekturfaktor 

π - Kreiszahl 

Φ T W Transmissionswärmeverlust 

Φ V W Lüftungswärmeverlust 

ρ kg/m³ Dichte 

ρ L kg/m³ Dichte (Luft) 

ϑ e °C Normaußentemperatur 

ϑ i °C Temperatur Berechnungsraum 

ϑ j °C Temperatur Nachbarraum 

ζ - Zeta-Wert 

X

Formelzeichenverzeichnis Sanitär 


a % Druckverlustanteil Einzelwiderstände (Formel 25) 

a; b; c - Konstanten nach DIN 1988-300, Tab. 3 (Formel 22) 

c p Wh/(kgK) spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck 

DU l/s Anschlusswert 

f - Korrekturfaktor 

g m/s² Fallbeschleunigung 

H m Höhe 

K - Abflusskennzahl 

l ges m Gesamtlänge 

p DM hPa Druck am Druckminderer 

p minFl hPa Mindestfließdruck 

p minV hPa Mindestversorgungsdruck 

̇ W Leistung zur Warmwasserbereitung 

Q WW l/s Schmutzwasserabfluss 

R V hPa/m verfügbares Rohrreibungsdruckgefälle 

t D min Duschzeit 

t L min Speicherladezeit 

v m/s maximale rechnerische Fließgeschwindigkeit 

V m³; l Volumen 

̇ 

V Sp l Speichervolumen 

l/s Volumenstrom einer Duscharmatur 

̇ m³/h Berechnungsvolumenstrom 

̇ m³/h Spitzenvolumenstrom 

Δp Ap hPa Druckverlust durch Apparate 

Δp geo hPa Druckverlust durch geodätischen Höhenunterschied 

Δp ges,v hPa verfügbarer Druckverlust ungünstigster Fließweg 

ρ kg/m³ Dichte 

ϑ D °C Temperatur Duschwasser 

ϑ K °C Temperatur Kaltwasser 

ϑ W °C Temperatur Warmwasser 

ζ - Zeta-Wert 

XI

Formelzeichenverzeichnis Kühlung 


A m² Fläche 

A 1 m² besonnte Glasfläche 

b - Sonnenschutzfaktor 

I diff,max W/m² maximale Diffusstrahlung 

I max W/m² maximale Sonnenstrahlung 

k W/(m²K) Wärmedurchgangskoeffizient (k-Wert, U-Wert) 

l - Gleichzeitigkeitsfaktor (Kühllastberechnung) 

n P - Anzahl Personen 

P el W elektrische Anschlussleistung 

̇ 

P G W Wärmeabgabe technische Geräte 

W Kühllast durch Beleuchtung 

̇ W Kühllast durch Maschinen 

̇ W Kühllast durch Personen 

̇ W feuchte Kühllast durch Personen 

̇ W trockene Kühllast durch Personen 

̇ W Kühllast durch Nachbarräume 

̇ W Kühllast durch Strahlung durch die Fenster 

̇ W Kühllast durch Transmission durch Außenflächen 

q P W spezifische Personenkühllast 

q P,f W feuchte spezifische Personenkühllast 

q P,tr W trockene spezifische Personenkühllast 

s a - äußerer Kühllastfaktor 

s i - innerer Kühllastfaktor 

Δϑ äq K äquivalente Temperaturdifferenz 

Δϑ äq (z) K äquivalente Temperaturdifferenz zum Ablesezeitpunkt 

Δϑ äq,1 K äquivalente Temperaturdifferenz nach 1. Korrektur 

μ B - Raumbelastungsgrad 

ϑ AU °C Außentemperatur zum Berechnungszeitpunkt 

ϑ LR °C Temperatur Berechnungsraum 

ϑ m °C mittlere Außentemperatur 

ϑ NR °C Temperatur Nebenraum 

XII

Formelzeichenverzeichnis Solar 


A A m² Aperturfläche 

A Koll m² Kollektorfläche 

c F kJ/(kgK) spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck 

(Wasser/Glykol 60/40 %) 

c p Wh/(kgK) spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck (Wasser) 

d i m Innendurchmesser 

d i,real m realer Innendurchmesser 

D S % Deckungsgrad 

E Koll kWh/(m²a) jährliche Sonneneinstrahlung 

H m Höhe 

l m Länge 

̇ kg/h Massenstrom 

m W kg/d täglich benötigte Warmwassermasse 

m Sp kg Wassermasse Warmwasserspeicher 

N % Nutzeffekt 

n Koll - Anzahl Kollektoren 

p e bar Anlagendruck 

p geo bar Druck durch geodätischen Höhenunterschied 

p v bar Vordruck MAG 

p 0 bar minimaler Betriebsdruck 

Q N kWh/d Nutzwärmeeintrag 

Q N,a kWh/a jährlicher Nutzwärmebedarf 

Q N,d kWh/d täglicher Nutzwärmebedarf 

Q sol kWh/a solar Nutzenergiebedarf 

Q Sp kWh/d Wärmeenergieaufnahme Warmwasserspeicher 

R mbar/m Rohrreibungsdruckgefälle 

v m/s reale Geschwindigkeit 

V Ar l Volumen Armaturen 

V G l Gesamtvolumen Solarkreislauf 

V Koll l Kollektorvolumen 

V R l Volumen Rohrleitung 

V Sp l Speichervolumen 

V WÜ l Volumen Wärmeübertrager 

̇ 

V WV l Sicherheitswärmeträgervorlage 

l/h Anlagenvolumenstrom 

̇ l/(m²h) Standardvolumenstrom 

w m/s Richtgeschwindigkeit 

β - Ausdehnungskoeffizient 

Δp Koll mbar Druckverlust durch Kollektoren 

Δp ges mbar Gesamtdruckverlust 

Δp R mbar Druckverlust durch Rohrreibung 

ΔQ kWh/d Abweichung Q N zu Q Sp 

Δt h/d Bezugszeit 

Δϑ S K Temperaturspreizung Solarvorlauf/Solarrücklauf 

Δϑ W K Temperaturdifferenz Warm- zu Kaltwasser 

η System % Systemwirkungsgrad 

XIII

Formelzeichenverzeichnis Wirtschaftlichkeitsbetrachtung 


A 0,ges € Gesamtinvestitionskosten 

A v €/a jährlich anfallende Kosten 

D S % Deckungsgrad 

E €/a jährliche durchschnittliche Einsparung 

f B %/a globaler Aufwandsfaktor für Betriebskosten 

f K %/a globaler Aufwandsfaktor für Instandsetzungskosten 

f W %/a globaler Aufwandsfaktor für Wartungskosten 

H i,B kWh/m³ Heizwert im Betriebszustand 

H i,n kWh/m³ Heizwert im Normzustand 

H s,B kWh/m³ Brennwert im Betriebszustand 

H s,n kWh/m³ Brennwert im Normzustand 

j %/a Preisänderungssatz 

k Gas €/kWh spezifischer Gaspreis 

KE €/a jährliche Kosteneinsparung 

Q e,E kWh/a jährlich eingesparte Endenergie 

Q Gas,E kWh/a jährlich eingesparte Erdgasenergie 

Q N,a kWh/a jährlicher Nutzwärmebedarf 

Q sol,E kWh/a jährliche solare Energiebereitstellung 

r - Preisänderungsfaktor 

T A a Amortisationszeit 

T N a rechnerische Nutzungsdauer 

V Gas,E m³/a jährlich eingespartes Erdgasvolumen 

ρ B kg/m³ Dichte im Betriebszustand 

ρ n kg/m³ Dichte im Normzustand 

η a,ges - Gesamtjahresnutzungsgrad Trinkwassererwärmung 

XIV

Abkürzungsverzeichnis 

Abb. 

Abbildung 

Abs. 

ASR 

BA 

bzw. 

ca. 

DIN 

Dipl.-Ing. 

DN 

DVGW 

EDV 

EG 

EN 

Absatz 

Arbeitsstättenrichtlinie 

Berufsakademie 

beziehungsweise 

circa 

Deutsches Institut für Normung 

Diplom-Ingenieur 

Nennweite 

Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches 

elektronische Datenverarbeitung 

Erdgeschoss 

Europäische Norm 

GmbH & Co. KG Gesellschaft mit beschränkter Haftung und Compagnie 

MAG 

max. 

OG 

PE-HD 

PC 

pH 

PUR 

Tab. 

TOC 

VDI 

VU 

WC 

Kommanditgesellschaft 

Membranausdehnungsgefäß 

maximal 

Obergeschoss 

Polyethylen – high density 

Personal Computer 

potentia hydrogenii 

Polyurethan 

Tabelle 

Total Organic Carbon 

Verein Deutscher Ingenieure 

Versorgungs- und Umwelttechnik 

Water Closet 

z. B. zum Beispiel 

XV

Vorwort 

In dieser Diplomarbeit soll die Planung der versorgungstechnischen Ausstattung 

eines Bürogebäudes dargestellt werden. Dazu zählen die Auslegung der 

Heizungsanlage, der Trinkwasserleitungen sowie der Abwasserleitungen. Des 

Weiteren ist für die innenliegenden Sanitärräume eine Abluftanlage vorgesehen. 

Außerdem soll für eine Kühlung des Gebäudes die Kühllast der Büro- und 

Aufenthaltsräume ermittelt werden. 

Zur Trinkwarmwasserbereitung ist eine Solaranlage geplant. Diese dient zur 

Erfüllung der Energieeinsparverordnung (EnEV) und des Gesetzes zur Nutzung 

Erneuerbarer Energien zur Wärme- und Kälteerzeugung (EEWärmeG), um 

erneuerbare Energien in die Energiebereitstellung für Gebäude einzubeziehen und 

den Jahresprimärenergiebedarf zu senken. Es soll überprüft werden, ob dies auch 

aus wirtschaftlicher Sicht sinnvoll ist und die Brennstoffeinsparung die 

Investitionskosten abdecken kann. 

Beim Beispielprojekt handelt es sich um einen Bürogebäude-Neubau der Firma 

Tröger und Entenmann GmbH. Das Objekt befindet sich an der Blankenburgstraße 

110 in 09114 Chemnitz. 

Das Bürogebäude wird in Containerbauweise errichtet. Dabei werden vorgefertigte 

Bauelemente eingesetzt. Diese bestehen aus Stahlträgern, die die Lasten 

aufnehmen sowie für die Statik verantwortlich sind, und Aluminiumblech zur 

Verkleidung. Als Wärmedämmung wird PUR-Hartschaum und eine 

Mineralwolldämmung eingesetzt. 

Es wird nicht nur ein Bürocontainer zur zeitweisen Nutzung aufgestellt, sondern das 

Gebäude soll dauerhaft als Bürogebäude neben einer Lagerhalle der Tröger- und 

Entenmann GmbH genutzt werden. Somit ist die dauerhafte Beheizung z. B. mittels 

eines Gasbrennwertgerätes und Warmwasserheizung mit Heizkörpern sinnvoll. 

1

Versorgungstechnische Planung und 

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung eines Bürocontainer- 

Neubaus der Tröger und Entenmann GmbH 

1 Grundlagen 

1.1 Projektbeschreibung 

Die Beheizung des Bürogebäudes erfolgt mit einem Gasbrennwertgerät und einer 

Zweirohrpumpenwarmwasserheizung. Als Heizflächen werden Ventilheizkörper 

eingesetzt. 

Es soll eine Sanitärinstallation für das Bürogebäude vorgenommen werden. Dazu 

zählen die Trinkwasserinstallation sowie die Abführung von Schmutzwasser. Des 

Weiteren werden die innenliegenden Sanitärräume mit einer Abluftanlage 

ausgestattet. 

Ein weiterer Bestandteil der Planung ist die Schaffung eines angenehmen 

Arbeitsklimas im Sommer, sodass eine Kühlung der Büro- und Aufenthaltsräume 

notwendig ist. 

Um den geforderten Anteil erneuerbarer Energien zur Wärme- und Kälteerzeugung 

nach EEWärmeG (siehe Kapitel 1.2.1) einzuhalten, soll eine thermische Solaranlage 

zur Warmwasserbereitung installiert werden. 

1.2 Gesetzliche Grundlagen 

1.2.1 Gesetz zur Nutzung Erneuerbarer Energien zur Wärme- und 

Kälteerzeugung (EEWärmeG) 

Ziel nach § 1 EEWärmeG ist es zu gewährleisten, dass bis zum Jahr 2020 der Anteil 

erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch zur Erzeugung von Wärme und 

Kälte auf 14 % steigt. Dies dient dem Klimaschutz, der Schonung fossiler 

Brennstoffreserven und der Verminderung der Abhängigkeit von Energieimporten 

aus dem Ausland. Um diese Vorgaben zu erreichen, müssen bei einem Neubau 

Mindestanteile für erneuerbare Energien zur Wärme- und Kälteerzeugung erfüllt 

werden. 

Im konkreten Projekt handelt es sich um ein Bürogebäude. Nach § 2 Abs. 10 

EEWärmeG wird dieses als Nichtwohngebäude eingestuft. Bei Nutzung einer 

thermischen Solaranlage müssen mindestens 15 % des Wärme- und 

Kälteenergiebedarfes mit dieser gedeckt werden. Als Nachweis nach Anlage I 

EEWärmeG muss das Zertifikat „Solar Keymark“ erbracht werden. 

Es besteht außerdem die Möglichkeit, Ersatzmaßnahmen zu tätigen. Das können z. 

B. eine erhöhte Wärmedämmung, die Nutzung von Fernwärme, Wärme aus Kraft- 

Wärme-Kopplung oder technologischer Abwärme sein. 

2

Bei Nichteinhaltung kann ein Bußgeld in Höhe von bis zu 50.000 € anfallen. 

1.2.2 Energieeinsparverordnung (EnEV) 

Das Ziel der EnEV ist es, den Neubaustandard schrittweise an den 

Niedrigenergiegebäudestandard heranzuführen. 

Somit müssen Außenwände von Gebäuden einen niedrigen U-Wert besitzen. 

Allerdings kommt es bei jedem Neubau auf einen Vergleich mit dem Typ-Gebäude 

der EnEV an, sodass dieser seinen eigenen Grenzwert bekommt. Außerdem müssen 

Wärmebrücken bauseitig vermieden werden. 

Des Weiteren müssen Trinkwasserleitungen gedämmt werden. Dabei gilt: 

Kaltwasserleitungen mindestens 4 mm im Innenbereich bzw. 13 mm in der Nähe 

warmer Leitungen (Heizung, Warmwasser) und Warmwasserleitungen entsprechend 

Nennweite, außer Innendurchmesser 20 mm oder kleiner 20 mm Dämmung und 

Innendurchmesser 30 mm oder kleiner 30 mm Dämmung. Bei Nennweiten größer als 

DN 100 gilt die Dämmdicke 100 Millimeter. Leitungen im Außenbereich müssen 

doppelt so stark gedämmt werden. 

Für die Rohrleitungen einer Solaranlage gelten dieselben Vorgaben wie für 

Warmwasserleitungen. Es muss nur eine hochtemperaturbeständige Dämmung 

eingesetzt werden. 

Heizungsrohrleitungen, die sich innerhalb der thermischen Hülle befinden, müssen 

nicht gedämmt werden, da deren Wärmeverlust dem Gebäude als Heizenergie zur 

Verfügung gestellt wird. 

3

2 Heizungsanlage 

2.1 Allgemeines 

Die Beheizung der Räume soll durch Profilheizkörper unter bzw. vor den Fenstern 

erfolgen. Durch deren Temperatur und der auftretenden Konvektion können 

besonders gut Kaltluftströmungen durch Abkühlung der Luft an den Fenstern 

kompensiert werden. 

Es wird eine Zweirohrpumpenwarmwasserheizungsanlage installiert. 

Durch die Containerbauweise des Bürogebäudes können Rohrleitungen für die 

Heizung nicht in den Wänden verlegt werden. Das liegt an den vorgefertigten 

Wandelementen aus Aluminiumblech und Dämmmaterial, da Einschnitte in diese 

vermieden werden sollen. Eine Verlegung im Estrich scheidet ebenfalls aus, da der 

Fußbodenaufbau mit einer Flachpressplatte abschließt und somit keine 

Rohrleitungen im Fußboden verlegt werden können. Deshalb werden diese in 

Sockelleisten in der Ecke zwischen Wand und Fußboden verlegt, sodass sich ein 

ansprechendes optisches Bild ergibt. 

Als Rohrmaterial für die Heizungsanlage wird Kupferrohr nach DIN EN 1057 

verwendet. Es besitzt eine geringe Rauigkeit und ist deshalb nur wenig anfällig für 

Inkrustationen, welche den Druckverlust und somit die Pumpenleistung der Anlage 

erhöhen würden. Außerdem besitzt Kupfer eine wesentlich geringere 

Wärmeausdehnung als Kunststoff, sodass dieser Werkstoff der Verlegung in 

Sockelleisten entgegenkommt. Als Füllwasser kann Trinkwasser verwendet werden, 

da dies den Anforderungen für Kupfer entspricht (siehe Punkt 3.1). 

2.2 Heizlastberechnung nach DIN EN 12831, Beiblatt 1 

2.2.1 Grundlagen und Allgemeines 

Die Normheizlast wird nach DIN EN 12831, Beiblatt 1 berechnet. Dies ist die 

nationale Ergänzung für Deutschland zur DIN EN 12831 und muss bei Projekten in 

Deutschland als Regelwerk genutzt werden. 

Die Norminnentemperaturen werden darin in Tab. 4 festgelegt. Somit ergeben sich 

für die Büroräume, den Aufenthaltsraum und die WC-Räume 20 °C. Der 

Eingangsbereich, der Flur und der Hausanschlussraum werden auf 15 °C beheizt. 

Einzige Ausnahme zur DIN EN 12831 bildet hier der Flur im Obergeschoss. Dieser 

wird nicht auf 15 °C, sondern auf 20 °C gehalten, da er direkt über die Treppe mit 

dem Empfangsbereich verbunden ist und sich unterschiedliche Temperaturen somit 

ausgleichen würden. Außerdem könnte ebenfalls die Nutzung als Aufenthaltsraum 

erfolgen, da im Flur (OG) eine Teeküche installiert wird. Die Umkleide und der 

Duschraum werden auf 24 °C beheizt. 

4

Die Heizlast unterscheidet sich in zwei Teile: den Transmissionswärmeverlust Φ T und 

den Lüftungswärmeverlust Φ V . 

Die Heizlastberechnung erfolgte mit dem Programm Viptool Building von Viega und 

befindet sich im Anhang A.1. Zeichnungen befinden sich im Anhang F. 

2.2.2 Transmissionswärmeverluste 

Der Transmissionswärmeverlust berücksichtigt die Wärmeübergänge nach außen (e) 

durch Wände, Türen und Fenster, an das Erdreich (g) durch den Fußboden, an 

unbeheizte (u) und beheizte (ij) Nachbarräume durch Wände, Türen, Fenster und 

Decken. 

Dieser Wärmestrom ist vom Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) U, der Fläche A, 

der Temperaturdifferenz Δϑ und einem Korrekturfaktor f abhängig und wird somit 

durch Formel 1 berechnet. 

Formel 1: Wärmestrom 

U U-Wert [W/(m²K)] 

A Fläche (äußere Bemaßung) [m²] 

Δϑ Temperaturdifferenz [K] 

f Korrekturfaktor [-] 

Der U-Wert ist abhängig vom Wärmeleitkoeffizienten eines Stoffes, dessen 

Schichtdicke im Bauteil und der Fließrichtung des Wärmestromes. Er wird in Watt 

Wärmeübergang pro Quadratmeter Fläche und Kelvin Temperaturdifferenz 

angegeben. 

Da im Beispiel des Bürogebäudes die U-Werte durch den Wärmeschutzbericht 

bereits vorgegeben sind, wird an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen. In 

Tab. 1 sind die U-Werte dargestellt. 

Tabelle 1: U-Werte 

Bauteil 

Außenwand, Dach 0,18 

Fußboden 0,29 

Außenfenster, Glastür nach außen 1,3 

Innenwand zur Halle 0,36 

Innentür zur Halle 1,76 

U-Wert [W/(m²K)] 

Die U-Werte der Innenwände und Innentüren sowie der Decke sind im 

Wärmeschutzbericht nicht enthalten. Die Decke ist genauso aufgebaut wie das Dach, 

somit wird auch dafür U = 0,18 W/(m²K) gewählt. Die Änderung durch den vertikalen 

Wärmeübergang ist so gering, dass diese vernachlässigt werden kann. Da die 

genaue Spezifikation der Innenwände und der Innentüren noch nicht bekannt ist, 

werden folgende U-Werte gewählt: 

5

Innenwand: U = 1,0 W/(m²K) 

Innentür: U = 2,5 W/(m²K) 

Für die bauseitige Berücksichtigung von Wärmebrücken bei nach EnEV errichteten 

Gebäuden wird ein Zuschlag von ΔU WB = 0,05 W/(m²K) zum U-Wert des Bauteils 

dazu addiert. Bei beheizten Nachbarräumen wird auf Grund des geringen 

Temperaturunterschiedes darauf verzichtet. 

Die Fläche A wird mittels äußerer Bemaßung ermittelt. Somit fließen nicht nur die 

Wärmeströme über die lichten Maße der Wände in die Berechnung mit ein, sondern 

die kompletten Wände. Das bedeutet, dass bei einem Raum mit Nachbarräumen an 

beiden Seiten zur Raumlänge jeweils noch die halbe Dicke der linken und der 

rechten Innenwand dazu addiert wird. Bei Außenwänden wird die komplette Dicke 

dazugerechnet. Die Höhe setzt sich zusammen aus lichter Höhe plus Deckendicke. 

Diese beiden Werte multipliziert ergeben die Fläche einer Wand nach äußerer 

Bemaßung. Bei Fußböden-, Decken- und Dachflächen wird identisch verfahren, nur 

dass die Raumlänge mit der Raumbreite in äußerer Bemaßung multipliziert wird. 

Die Temperaturdifferenz ergibt sich durch die Innentemperatur ϑ i des 

Berechnungsraumes und die Temperatur auf der anderen Seite des Bauteils. Ist dies 

die Außenseite, so wird die Normaußentemperatur ϑ e nach DIN EN 12831, Tab. A1 

genutzt. In Chemnitz beträgt diese -14 °C. 

Zusätzlich wird der Transmissionswärmeverlust mit einem Korrekturfaktor 

multipliziert. Befindet sich die Hüllfläche nach außen, ist dieser eins (e = 1). Fließt ein 

Wärmestrom zu bzw. von einem Nebenraum mit einer Temperatur ϑ j wird ein 

Korrekturfaktor f ij berechnet (siehe Formel 2). 

Formel 2: Korrekturfaktor f ij 

ϑ e Normaußentemperatur [°C] 

ϑ i Innentemperatur Berechnungsraum [°C] 

ϑ j Innentemperatur Nachbarraum [°C] 

Bei unbeheizten Nachbarräumen mit unbekannter Temperatur wird ein Faktor b u 

nach DIN EN 12831, Beiblatt 1, Tab. 6 ausgewählt. Dieser hängt von der Anzahl der 

Außenflächen und -fenster des unbeheizten Nachbarraumes ab. Daraus lässt sich 

dann die Temperatur in einem unbeheizten Nachbarraum ermitteln. 

2.2.3 Lüftungswärmeverluste 

Der Lüftungswärmeverlust Φ V berücksichtigt den Wärmeverlust durch Lüftung und 

natürliche Infiltration bzw. durch raumlufttechnische Anlagen, soweit diese vorhanden 

sind. In die Berechnung geht nur der größte der genannten Volumenströme ein, da 

diese gleichzeitig auftreten. Der thermisch wirksame Volumenstrom ̇ durch 

Mindestlüftung wird nach Formel 3 berechnet. 

6

̇ 

Formel 3: Thermisch wirksamer Volumenstrom durch Mindestlüftung 

̇ 

n min Mindestluftwechsel [h -1 ] 

V R Raumvolumen [m³] 

Dabei ist V R das Raumvolumen und n min der Mindestluftwechsel nach DIN EN 12831, 

Beiblatt 1, Tab. 8. 

Der thermisch wirksame Volumenstrom durch Infiltration ̇ kommt durch 

Berücksichtigung undichter Stellen an Fenstern und Türen zustande und wird mit 

nachstehender Formel berechnet. 

Formel 4: Thermisch wirksamer Volumenstrom durch natürliche Infiltration 

̇ 

V R Raumvolumen [m³] 

n 50 Luftdichtheit der Gebäudehülle [h -1 ] 

e Abschirmkoeffizient [-] 

ε Höhenkorrekturfaktor [-] 

Die Luftdichtheit der Gebäudehülle n 50 beträgt bei einem nach EnEV errichteten 

Gebäude ohne raumlufttechnische Anlage (Kategorie 1b, DIN EN 12831, Beiblatt 1, 

Tab. 9) drei Luftwechsel pro Stunde. Der Abschirmkoeffizient e berücksichtigt 

Windangriffsflächen nach außen und wird nach DIN EN 12831, Beiblatt 1, Tab. 10 

ausgewählt. ε ist ein Höhenkorrekturfaktor nach DIN EN 12831, Beiblatt 1, Tab. 11 

und bei weniger als zehn Metern Höhe eins. 

Der thermisch wirksame Volumenstrom ̇ 

ist der größere der Volumenströme 

nach den Formeln 3 und 4. Somit kann der Lüftungswärmeverlust nach Formel 5 

berechnet werden. Der Faktor 0,34 Wh/(m³K) setzt sich zusammen aus Multiplikation 

der Dichte der Luft (ρ L = 1,2 kg/m³) und der spezifischen Wärmekapazität der Luft bei 

konstantem Druck (c p,L = 0,28 Wh/(kgK)). 

Formel 5: Lüftungswärmeverlust 

̇ thermisch wirksamer Volumenstrom [m³/h] 

Δϑ Temperaturdifferenz (innen/außen) [K] 

2.2.4 Gebäudeheizlast 

Die Raumheizlasten ergeben sich nun aus der Addition von Φ T und Φ V . 

Eine Absenkung und Wiederaufheizleistung ist nicht vorgesehen, sodass dieser Wert 

nicht mehr korrigiert werden muss. 

Die Gebäudeheizlast, nach der der Wärmeerzeuger ausgewählt wird, ergibt sich aus 

der Summe aller Raumheizlasten. Als Kontrolle kann der Wert aller Wärmeabgaben 

über die Außenflächen dienen. Dieser muss genauso groß sein. 

7

Nach der Heizlastberechnung nach DIN EN 12831, Beiblatt 1 ergibt sich eine 

Gebäudeheizlast von 9,4 kW. 

2.3 Wärmeerzeugung und Sicherheitstechnik 

2.3.1 Wärmeerzeuger 

Als Wärmeerzeuger zur Deckung der Heizlast wird ein Gasbrennwertgerät 

eingesetzt. Der Vorteil der Brennwerttechnik ist, dass das Abgas durch niedrige 

Rücklauftemperaturen stark abgekühlt wird. Dabei wird der Taupunkt des Wassers 

unterschritten. Demzufolge kondensiert im Abgas vorhandener Wasserdampf aus. 

Dabei wird zusätzlich zur sensiblen Wärme noch latente Wärme freigesetzt, welche 

im Brennwertgerät zur Erwärmung des Heizungswassers genutzt wird. Dadurch 

steigt der Wirkungsgrad des Wärmeerzeugers. 

Ausgewählt wurde ein Gasbrennwert-Kompaktgerät der Firma Vaillant, Typ 

auroCompact mit einer Nennwärmeleistung von ca. 14 kW. 

Dieser besitzt einen integrierten Warmwasserspeicher, welcher auch über 

Solarenergie erhitzt werden kann. Die Betrachtung der Solaranlage erfolgt unter 

Punkt 5. Weiteres zur Warmwassererzeugung wird unter Punkt 3.2 aufgeführt. 

2.3.2 Temperaturregler 

Wird Wärme benötigt, wird dies über Vorlauftemperatur- und Raumtemperaturfühler 

bzw. über die außentemperaturgeführte Vorlauftemperaturregelung festgestellt. 

Somit werden die Vorlauf- und Rücklaufparameter nach dem Bedarf eingestellt. Zu 

hohe Temperaturen werden dadurch vermieden. 

Die entsprechende Technik zur Vorlauftemperaturregelung ist im Kompaktgerät 

Vaillant auroCompact enthalten. 

2.3.3 Sicherheitstemperaturbegrenzer 

Der Sicherheitstemperaturbegrenzer hat die Aufgabe, zu hohe Temperaturen in der 

Anlage zu vermeiden. Er wird auf 110 °C eingestellt. Wird diese Temperatur z. B. 

durch einen Defekt erreicht, schaltet das Gerät ab. Es darf ein Überschwingen von 

maximal 10 K auftreten. 

Der Sicherheitstemperaturbegrenzer ist im Kompaktgerät Vaillant auroCompact 

enthalten. 

2.3.4 Sicherheitsventil 

Um ein Überschreiten des maximalen Betriebsdruckes zu verhindern, wird ein 

Sicherheitsventil mit einem Ansprechdruck von 2,5 bar eingesetzt. Der Fülldruck der 

Anlage sollte deshalb maximal 2,0 bar betragen, um ein bereits beginnendes Öffnen 

des Sicherheitsventils bei Anlagendruck zu vermeiden. Das Sicherheitsventil muss 

direkt am Wärmeerzeuger angebaut werden und darf nicht absperrbar sein. 

8

2.3.5 Ausdehnungsgefäß 

Im Kompaktgerät Vaillant auroCompact ist bereits ein Membranausdehnungsgefäß 

enthalten. Dieses besitzt ein Nutzvolumen von zwölf Litern mit einem eingestellten 

Vordruck von 0,75 bar. Im Folgenden soll überprüft werden, ob das vorinstallierte 

Membranausdehnungsgefäß den Bedürfnissen der Anlage genügt oder ein 

zusätzliches angebracht werden muss. 

Der Hersteller gibt an, dass beim Kompaktgerät auroCompact bei einer Spreizung 

Vorlauf/Rücklauf 50/30 °C mit dem vorhandenen Ausdehnungsgefäß ein maximales 

Anlagenvolumen von 375 Litern zulässig ist. Laut der Rohrnetzberechnung von 

Viptool Piping (siehe Anhang A.2) beträgt dieses 193,7 Liter. Das liegt deutlich unter 

dem Vorgabewert, sodass das vorhandene Membranausdehnungsgefäß 

ausreichend bemessen ist und kein zusätzliches Ausdehnungsgefäß eingebaut 

werden muss. 

Der Mindestfülldruck wird nach Formel 6 berechnet: 

Formel 6: Mindestfülldruck MAG 

V MAG 

Volumen Membranausdehnungsgefäß [l] 

p 0 Vordruck [bar] 

V WR Wasservorlage [l] 

Dabei ist V MAG das Volumen des Ausdehnungsgefäßes, p 0 der eingestellte Vordruck 

und V WR die Wasservorlage. Diese beträgt mindestens drei Liter. Sie wird mit Hilfe 

des Anlagenvolumens V System (siehe Anhang A2, Rohrnetzberechnung) nach Formel 

7 berechnet. 

Formel 7: Wasservorlage 

V System Anlagenvolumen [l] 

Der berechnete Mindestfülldruck des Membranausdehnungsgefäßes nach Formel 6 

beträgt 2,33 bar. 

2.3.6 Wassermangelsicherung 

Eine Wassermangelsicherung dient dem Schutz der Anlage vor Trockenlaufen bei 

Wasserverlust und dem Entstehen einer zu hohen Vorlauftemperatur. Der 

Massenstrom in der Anlage und die Temperaturspreizung stehen in einem indirekt 

proportionalen Zusammenhang. Sinkt der Massenstrom durch Wasserverluste, wird 

die Spreizung größer, sodass die Vorlauftemperatur ansteigt. 

Die Wassermangelsicherung ist im Kompaktgerät Vaillant auroCompact enthalten. 

9

̇ 

̇ 

2.4 Heizkörperauswahl 

Auf Wunsch des Auftraggebers werden Profil-Ventilheizkörper der Firma Kermi mit 

Mittelanschluss installiert. Diese werden nach der Auswahl des Wärmeerzeugers mit 

der Temperaturspreizung 50 °C Vorlauf zu 30 °C Rücklauf im Auslegungsfall 

betrieben, sodass der Brennwerteffekt genutzt wird. 

Vor den bis zum Boden reichenden Fenstern im Empfangsbereich und im Chef-Büro 

sollen aus optischen Gründen nur niedrige Heizkörper mit einer Bauhöhe von 300 

mm verwendet werden. Ebenfalls aus diesen Gründen werden Heizkörper vom Typ 

33 vermieden, da sie durch ihre Bauweise tiefer sind und weiter in den Raum 

hineinragen. Durch die Brüstungshöhe der Fenster werden unterhalb von Fenstern 

Heizkörper der Bauhöhe 600 mm eingesetzt. 

Aufgrund der geringen Heizlasten in den WC-Räumen werden darin keine Heizkörper 

installiert. Dies wurde mit dem Bauherrn abgestimmt und schriftlich festgehalten. 

Durch die Wärmeabgabe des Brennwertgerätes und der geringen Heizlast im 

Hausanschlussraum muss in diesem ebenfalls kein Heizkörper vorgesehen werden. 

Es ist sichergestellt, dass der Hausanschlussraum auch bei Normaußentemperatur 

frostfrei bleibt. 

2.5 Rohrnetzberechnung 


Die Rohrnetzberechnung der Heizungsanlage erfolgte mit dem Programm Viptool 

Piping von Viega und befindet sich in Anhang A.2. Grundlage bildet das Schema der 

Heizungsanlage in Anhang F.2. 

Als Werkstoff wird Kupferrohr nach DIN EN 1057 verwendet. 

2.5.2 Ermittlung der Massen- und Volumenströme 

Der erforderliche Massenstrom ̇ für einen Heizkörper lässt sich mit Formel 8 über 

die Heizleistung des Heizkörpers zur Deckung der Heizlast ̇ , der 

Temperaturspreizung Δϑ VR zwischen Vorlauf und Rücklauf vor bzw. nach dem 

Heizkörper sowie der spezifischen Wärmekapazität c p des Wassers bei konstantem 

Druck berechnen. 

Formel 8: Erforderlicher Massenstrom eines Heizkörpers 

̇ erforderliche Heizleistung Heizkörper [W] 

c p spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck c p = 1,163 Wh/(kgK) = 4,18 kJ/kgK 

Δϑ VR Spreizung (Vorlauf/Rücklauf) [K] 

10

̇ 

̇ 

̇ 

̇ 

Der maximale Massenstrom im Auslegungsfall in einer Teilstrecke ergibt sich durch 

die Addition der Einzelmassenströme aller Heizkörper, welche an diese Teilstrecke 

angeschlossen sind. 

Die Umrechnung in einen Volumenstrom ̇ erfolgt über die Dichte ρ des Wassers 

nach Formel 9. 

Formel 9: Volumenstromberechnung 

̇ Massenstrom [kg/h] 

ρ Dichte [kg/m³] 

2.5.3 Ermittlung der Rohrdurchmesser 

Für die Dimensionierung der Rohrleitungen benötigt man neben dem Volumenstrom 

̇ noch die Richtgeschwindigkeit w des Heizmediums. Um Geräusche in Ventilen zu 

vermeiden, sollte diese nicht höher als 0,5 bis 0,8 m/s gewählt werden. Für das 

Bürogebäude wurden maximal 0,8 m/s angenommen, da nicht die höchste 

Komfortstufe erforderlich ist und ein ungestörtes Arbeiten im Büro erreicht wird. 

Außerdem werden so zu große Durchmesser für die Sockelleisten vermieden. 

Der erforderliche Rohrinnendurchmesser wird nun nach Formel 10 berechnet. Zu 

beachten ist der Grundsatz, dass Vorlaufleitungen vom Wärmeerzeuger weg immer 

in der Dimension kleiner und Rücklaufleitungen zum Wärmeerzeuger hin immer 

größer werden, identisch zur entsprechenden Vorlaufleitung. 

Formel 10: Rohrinnendurchmesser 

√ 

̇ Volumenstrom [m³/h] 

w Richtgeschwindigkeit [m/s] 

π Kreiszahl π = 3,14159 

Nach dem berechneten Rohrinnendurchmesser d i wird eine entsprechende 

Nennweite mit einem produzierten Vorzugsmaß (Rohraußendurchmesser mal 

Wanddicke) ausgewählt. Als Mindestnennweite wird eine DN 12 gewählt. 

Zur Überprüfung der Geschwindigkeit kann die reale Geschwindigkeit v mit dem 

realen Innendurchmesser d i,real nach Formel 11 ausgerechnet werden. Diese sollte 

nicht über der gewählten Richtgeschwindigkeit von 0,8 m/s liegen. 

Formel 11: Realgeschwindigkeit 

̇ Volumenstrom [m³/h] 

d i,real realer Innendurchmesser [m] 

π Kreiszahl π = 3,14159 

11

2.5.4 Ermittlung der Druckverluste 

Die Druckverluste ergeben sich durch Reibung des Heizmediums mit der Rohrwand 

(Δp R ), Formstücke (Δp Z ), Thermostatventile (Δp TV ), Rücklaufverschraubungen 

(Δp RLV ), Heizkörper (Δp HK ), Apparate (Δp Ap ) und den Wärmeerzeuger (Δp WE ). 

Demzufolge ergibt sich der Druckverlust eines Leitungsweges Δp LW nach Formel 12. 

Formel 12: Druckverlust eines Leitungsweges 

Δp R Druckverlust durch Rohrreibung [Pa] 

Δp Z Druckverlust durch Formteile [Pa] 

Δp TV Druckverlust durch Thermostatventil [Pa] 

Δp RLV Druckverlust durch Rücklaufverschraubung [Pa] 

Δp HK Druckverlust durch Heizkörper [Pa] 

Δp Ap Druckverlust durch Apparate [Pa] 

Δp WE Druckverlust durch Wärmeerzeuger [Pa] 

Der Druckverlust der Rohrleitung wird nach Formel 13 berechnet. 

Formel 13: Druckverlust der Rohrleitung 

R Rohrreibungsdruckgefälle [Pa/m] 

l Länge [m] 

∑ 

R ist das Rohrreibungsdruckgefälle für die ausgewählte Rohrleitung. Es sollte nicht 

größer als 150 Pa/m gewählt werden, um Strömungsgeräusche zu vermeiden und 

den hydraulischen Abgleich zu erleichtern. Der Druckverlust ist des Weiteren 

abhängig von der Länge l der entsprechenden Rohrleitungen. 

Der Druckverlust der Formteile wie Bögen und T-Stücke wird mit Formel 14 

errechnet. 

Formel 14: Druckverlust durch Formteile 

ζ Zeta-Wert [-] 

v Realgeschwindigkeit [m/s] 


∑ 

Dabei ist ζ der Zeta-Wert des entsprechenden Formteils. Dieser wird aus den 

entsprechenden Herstellertabellen ausgewählt. Die Dichte ρ ergibt sich nach der 

Temperatur des Heizmediums. Die Geschwindigkeit v einer Teilstrecke wurde bereits 

nach Formel 11 berechnet. Δp Z ist somit der Druckverlust aller Formteile in einem 

Fließweg. 

Der Druckverlust von Thermostatventilen und Rücklaufverschraubungen wird in der 

Druckverlustberechnung in offener Stellung berechnet. 

12

Die Thermostatventile werden nach entsprechender Regelabweichung X P = 1 K und 

dem k v -Wert ausgelegt. Dieser berechnet sich nach Formel 15. 

Formel 15: k v -Wert Thermostatventil 

̇ 

√ 

̇ Volumenstrom am Heizkörper [l/h] 

Δp Mindestdruckverlust Thermostatventil [Pa] 

̇ ist der Volumenstrom des Heizkörpers und Δp nach Festlegung der Hersteller für 

die Auslegung 4000 Pa. Nach dem k v -Wert wird ein entsprechendes Thermostatventil 

mit einem k vs -Wert bei offener Stellung (N) gewählt mit dem Grundsatz k v > k vs . 

Daraus wird der reale Druckverlust bei offener Stellung (N) des Thermostatventils 

nach Formel 16 berechnet. Es wird ein Mindestdruckverlust von 4000 Pa 

angenommen. 

Formel 16: Druckverlust Thermostatventil bei offener Stellung (N) 

̇ 


k vs Ventilkennwert Thermostatventil [Pa] 

Die Rücklaufverschraubung wird ebenfalls mit einem k vs -Wert ausgewählt. Der reale 

Druckverlust berechnet sich analog zum Thermostatventil (Formel 17): 

Formel 17: Druckverlust Rücklaufverschraubung ohne Einstellung 

̇ 

k vs 


Ventilkennwert Rücklaufverschraubung [Pa] 

Die Druckverluste der Heizkörper werden den Herstellerdaten entnommen, im 

Beispiel sind das Kermi Ventilheizkörper mit Mittelanschluss. 

Die Druckverluste von Apparaten werden auf die gleiche Art und Weise ermittelt. 

Dazu zählen z. B. Absperrarmaturen, Rückflussverhinderer und eventuell ein 

Schmutzfänger sowie der Wärmeübertrager für die Warmwasserbereitung. 

Am Ende wird noch der Druckverlust des Wärmeerzeugers dazu addiert. Dieser ist 

im Beispiel beim Brennwertgeräte auroCompact von Vaillant bereits vom 

Pumpendruckverlust abgezogen. 

Diese Berechnung der Druckverluste wird für jeden Fließweg mit einem Verbraucher 

(z. B. Heizkörper) durchgeführt. Der Fließweg mit dem größten Druckverlust ist 

gleichzeitig der maximale Druckverlust der Anlage. Nach diesem wird die Förderhöhe 

der Umwälzpumpe für die Heizungsanlage ausgewählt. Alle anderen Fließwege 

13

müssen über die Thermostatventile, und wenn nötig Rücklaufverschraubungen und 

Strangregulierventile hydraulisch abgeglichen werden. 

2.5.5 Hydraulischer Abgleich 

Alle Fließwege müssen gegenüber dem ungünstigsten Fließweg hydraulisch 

abgeglichen werden. Dies ist nötig, damit jeder Fließweg den gleichen Druckverlust 

besitzt und somit jeder Heizkörper seinen berechneten Massenstrom des 

Heizmediums erhält. 

Der hydraulische Abgleich soll über die Thermostatventile der Heizkörper erfolgen. 

Dazu wird der erforderliche k v -Wert nach Formel 18 berechnet. 

Formel 18: benötigter k v -Wert des Thermostatventils 

̇ 

√ 


Δp TV Druckverlust Thermostatventil offen [Pa] 

Δp diff abzudrosselnder Differenzdruck [Pa] 

ist die Druckdifferenz des abzugleichenden Fließweges zum ungünstigsten 

Leitungsweg. Nach dem errechneten k v -Wert wird abschließend eine Voreinstellung 

am gewählten Thermostatventil eingestellt. Zu beachten ist, dass die Ventilautorität 

zwischen 0,3 und 0,7 liegen soll bzw. der Druckverlust eines Thermostatventils 

20000 Pa nicht überschreitet. Ansonsten können Strömungsgeräusche auftreten. 

Rücklaufverschraubungen werden nicht zum hydraulischen Abgleich eingesetzt. 

Es werden keine Strangregulierventile eingebaut. 

2.5.6 Auslegung der Umwälzpumpe 

Die Heizungs- bzw. Umwälzpumpe für die Heizungsanlage wird nach zwei 

Parametern ausgelegt. Dies ist zum einen der Gesamtvolumenstrom der 

Heizungsanlage, welcher auch als Nennvolumenstrom der Pumpe bezeichnet wird. 

Die andere Größe ist der maximale Druckverlust des ungünstigsten Fließweges in 

der Heizungsanlage, auf den alle anderen hydraulisch abgeglichen wurden. Dieser 

wird außerdem als die benötigte Förderhöhe der Pumpe bezeichnet. 

Seit dem 01. Januar 2013 dürfen nur noch drehzahlgeregelte Hocheffizienzpumpen 

der Effizienzklasse A verwendet werden, um die elektrische Leistungsaufnahme zu 

minimieren und damit Energie einzusparen. 

Eine Drehrichtungsumkehr des Laufrades durch rückströmendes Heizungswasser (z. 

B. im Havariefall), welche die Pumpe beschädigen würde, muss verhindert werden. 

Dazu wird in Fließrichtung nach der Pumpe ein Rückflussverhinderer eingebaut. Um 

die Pumpe vor Schmutzpartikeln zu schützen und das Heizungswasser sauberer zu 

halten, kann davor ein Schmutzfänger eingebaut werden. Außerdem muss die 

14

Pumpe samt Armaturen absperrbar sein, falls ein Bauteil ausgewechselt werden 

muss. Deshalb wird vor und nach der Gruppe jeweils ein Absperrventil eingesetzt. 

Eine Hocheffizienz-Umwälzpumpe einschließlich zugehöriger Armaturen ist bereits 

im Kompakt-Brennwertgerät integriert. Sie besitzt einen Restdruckverlust von 250 

mbar. Darin sind die Druckverluste des Heizungs-Wärmeübertragers sowie der 

Armaturen im Pumpenumfeld bereits eingerechnet, sodass dieser Druckverlust für 

die restliche Anlage zur Verfügung steht. Der Nennvolumenstrom dieser Pumpe 

beträgt 600 l/h. Diese Werte sind größer als die errechneten, sodass die Pumpe 

problemlos eingesetzt werden kann (siehe Tab. 2). 

Tabelle 2: Heizungspumpe 

maximal 

berechnet 

Volumenstrom [l/h] 600 573 

Druckverlust [mbar] 250 140 

15

3 Sanitäranlagen 


Chemnitz wird vom „Zweckverband Fernwasser Südsachsen“ mit Trinkwasser durch 

die Wasserwerke Einsiedel und Burkersdorf versorgt. Für die Verteilung ist die „eins 

Energie in Sachsen“ zuständig. Nach deren Angabe in Abb. 1 wird am Standort des 

Bürogebäude-Neubaus (Furth, siehe Abb. 1) ausschließlich Trinkwasser aus dem 

Wasserwerk Einsiedel bereitgestellt. Der pH-Wert schwankt zwischen 7,9 und 8,8. 

Das Trinkwasser liegt mit 4,1 bis 5,6 °dH im Härtebereich 1. 

Kupfer kann ohne Korrosionsgefahr eingesetzt werden, wenn der pH-Wert des 

Trinkwassers größer als 7,4 ist. Dies gilt auch, wenn er 7,0 bis 7,4 beträgt und 

gleichzeitig der TOC-Wert kleiner als 1,5 mg/l ist. Somit wäre Kupfer als 

Rohrwerkstoff einsetzbar. 

Außerdem ist das Risiko einer Verkalkung der Rohrleitungen gering, da in der 

entsprechenden Gegend sehr weiches Wasser zur Verfügung gestellt wird. 

Abbildung 1: Trinkwasser Chemnitz 

Quelle (online): http://www.eins-energie.de/uploads/pics/Trinkwassernetzgebiet_Chemnitz_02.jpg 

Trotzdem wird als Rohrwerkstoff Edelstahl verwendet, um von Schwankungen und 

möglichen Änderungen der Trinkwasserqualität (z. B. sinkender pH-Wert) 

unabhängig zu sein und Korrosion zu vermeiden. 

16

Die Rohrleitungen werden in den Sanitärräumen hinter einer Vorwand aus 

Trockenbau installiert und sind somit nach Bauende nicht sichtbar. Vom 

Hausanschlussraum zu den Sanitärräumen werden die Rohrleitungen in der Ecke 

zwischen Wand und Decke verlegt und anschließend mit Trockenbau verkoffert. 

Die Zeichnungen für die Trinkwasserinstallation befinden sich im Anhang F. 

3.2 Warmwassererzeugung 

3.2.1 Warmwasserbereiter 

Zur Warmwasserbereitung ist ein Warmwasserspeicher in das Brennwertgerät 

auroCompact von Vaillant integriert. Dieser besitzt ein Volumen V Sp von 150 Litern. 

Im Warmwasserbereiter wird das kalte Wasser, das mit 10 °C eingebracht wird, auf 

60 °C am Speicherausgang erhitzt. Das Brennwertgerät besitzt eine Leistung zur 

Warmwassererzeugung von ̇ = 16 kW. 

Für die Dusche und die Küchenspüle wird Warmwasser benötigt. Bei den 

Waschtischen in den WC-Räumen darf auf einen Warmwasseranschluss verzichtet 

werden. Da aber eine Warmwasserbereitung für die Dusche und Küchenspülen 

benötigt wird, werden auch die Waschtische an die Warmwasserinstallation 

angeschlossen. Der Warmwasserbedarf für die Waschtische und Küchenspülen ist 

so gering, dass dieser vernachlässigt werden kann. Somit wird für diese Berechnung 

nur die Dusche berücksichtigt. 

Nach Angaben des Bauherrn nutzen maximal vier Personen hintereinander nach 

Arbeitsende die Dusche. Angenommen wurde eine Duschzeit von je fünf Minuten pro 

Duschgang. Somit ergibt sich als maximale Duschzeit t D = 20 min. Als Temperatur an 

der Entnahmearmatur wird ϑ D = 45 °C gewählt. Diese wird erreicht durch Mischen 

des Kaltwassers (ϑ K = 10 °C) mit Warmwasser (ϑ W = 60 °C). 

Der maximale Volumenstrom ̇ der Duscharmatur beträgt 0,15 l/s. Somit ergibt sich 

nach Formel 19 ein benötigtes Volumen V an Warmwasser von 126 Litern. Der 

Speicher ist demnach ausreichend groß bemessen. 

Formel 19: Wasservolumen für die Duschvorgänge 

̇ 

̇ Volumenstrom Duscharmatur [l/s] 

t D Duschzeit [s] 

f Korrekturfaktor [-] 

mit dem Korrekturfaktor f nach Formel 20: 

Formel 20: Korrekturfaktor für Umrechnung Warmwasser 60 °C – 45 °C 

ϑ D Temperatur Duschwasser [°C] 

ϑ K Temperatur Kaltwasser [°C] 

ϑ W Temperatur Warmwasser [°C] 

17

̇ 

Die benötigte Speicherladezeit t L wird nach Formel 21 berechnet: 

Formel 21: Benötigte Warmwasserspeicherladezeit 

V Sp Volumen Warmwasserspeicher [m³] 


c p spefizische Wärmekapazität bei konstantem Druck c p = 1,163 Wh/(kgK) = 4,18 kJ/kgK 

ϑ W Temperatur Warmwasser [°C] 

̇ 

ϑ K Temperatur Kaltwasser [°C] 

Leistung zur Warmwassererzeugung [kW] 

Die Dichte ρ des Warmwassers bei 60 °C ist 983 kg/m³. Als c p wird die spezifische 

Wärmekapazität des Wassers bei konstantem Druck bezeichnet. Sie beträgt 1,163 

Wh/(kgK). Aus diesen Werten ergibt sich eine Speicherladezeit von ca. 32 Minuten, 

wenn dieser komplett energetisch entleert wurde, sodass der Heizbetrieb nicht 

unverhältnismäßig lange unterbrochen wird und das Gebäude nicht zu stark 

abgekühlt wird. 

Die Berechnung des Warmwasserbereiters befindet sich in Anhang A.1. 

Vor allem im Sommer soll die Warmwasserbereitung durch eine thermische 

Solaranlage realisiert werden. Deren Planung befindet sich unter Punkt 5. 

3.2.2 Sicherheitstechnische Einrichtungen 

Rohrleitungen, Armaturen und der Warmwasserbereiter müssen vor unzulässig 

hohen Drücken geschützt werden. Diese entstehen durch Druckspitzen im 

Trinkwassernetz und die Volumenausdehnung des Wassers bei Erwärmung. 

Deshalb muss am Warmwasserbereiter kaltwasserseitig ein Sicherheitsventil 

eingebaut werden. Dieses muss so nah wie möglich am Apparat installiert werden, 

um zügig ansprechen zu können. Eine Absperrung dazwischen ist unzulässig. Es 

wird ein Sicherheitsventil mit einem Ansprechdruck von 6 bar eingesetzt. 

Um zu verhindern, dass Warmwasser ins Kaltwassernetz zurückdrückt, ist ein 

Rückflussverhinderer im Kompaktgerät integriert. 

3.3 Berechnung der Trinkwasserleitungen nach DIN 1988-300 


Die Rohrnetzberechnung der Trinkwasseranlage erfolgte mit dem Programm Viptool 

Piping von Viega und befindet sich in Anhang B.2. Grundlage dafür ist das Schema 

für die Trinkwasserinstallation in Anhang F.2. 

Es werden Rohre aus Edelstahl eingesetzt. 

18

3.3.2 Spitzenvolumenstrom 

Der Spitzenvolumenstrom ̇ ist der Durchfluss, der für die Rohrnetzberechnung 

verwendet wird. Dabei wird die Gleichzeitigkeit aller Entnahmearmaturen 

berücksichtigt. 

Der Berechnungsdurchfluss ̇ einer Zapfstelle wird in Tab. 3 angegeben. Um den 

Summendurchfluss ̇ einer Teilstrecke zu bestimmen, werden alle 

Berechnungsdurchflüsse der einzelnen Entnahmearmaturen addiert. Dies ist der 

Volumenstrom, der in einer Teilstrecke maximal auftreten kann. 

Tabelle 3: Mindestfließdruck und Berechnungsdurchfluss ausgewählter Entnahmestellen 

Entnahmestelle DN Mindestfließdruck 

Mischarmatur 

(Waschtisch, Küchenspüle) 

p minFl [hPa] 

15 1000 0,07 

Mischarmatur (Dusche) 15 1000 0,15 

Füllventil für Spülkasten (WC) 15 500 0,13 

Druckspüler (Urinal) 15 1000 0,30 

Quelle: nach DIN 1988-300, Tab. 2 

Berechnungsdurchfluss 

̇ [l/s] 

Laut DIN 1988-300 „ist nicht damit zu rechnen, dass sämtliche angeschlossenen 

Entnahmestellen gleichzeitig voll geöffnet sind.“ 1 Darum wird in der Berechnung ein 

geringerer Volumenstrom angesetzt: der Spitzendurchfluss ̇ . Dieser wird nach 

Formel 22 berechnet. 

Formel 22: Spitzendurchfluss 

̇ (∑ ̇ ) 

̇ Berechnungsdurchfluss [m³/h] 

a Konstante nach DIN 1988-300, Tab. 3 

b Konstante nach DIN 1988-300, Tab. 3 

c Konstante nach DIN 1988-300, Tab. 3 

Dabei sind a, b und c Konstanten für unterschiedliche Gebäudetypen nach DIN 

1988-300, Tab. 3. Dementsprechend wird der Spitzenvolumenstrom für die 

Trinkwasseranlage berechnet. Ein Büro kann einem Wohngebäude gleichgesetzt 

werden. Allerdings muss darauf geachtet werden, dass kein Wert kleiner als null 

herauskommt. 

3.3.3 Druckverluste und erforderliches Rohrreibungsdruckgefälle 

Um die Rohrleitungen zu dimensionieren wird dafür ein verfügbarer Druckverlust 

Δp ges,v für den ungünstigsten Fließweg ab dem Druckminderer inklusive dessen 

Anschlussgruppe ermittelt. 

1 DIN 1988-300, 2012, Seite 18 

19

Der Mindestversorgungsdruck wurde beim Wasserversorger erfragt und beträgt im 

Beispiel in Chemnitz 6 bar. Es wird ein Druckminderer nach der 

Hausanschlussgruppe eingesetzt. Dieser wird auf 80 % Ansprechdruck des 

Sicherheitsventils eingestellt, also 4,8 bar. Um eine einwandfreie Funktionstüchtigkeit 

zu gewährleisten, sollte die Druckdifferenz zum Mindestversorgungsdruck ca. 1,0 bar 

betragen, da die Hausanschlussleitung samt der Hausanschlussgruppe ebenfalls 

einen Druckverlust aufweist. Diese Vorgabe wird eingehalten. 

Die Druckverlustberechnung der Fließwege beginnt am Druckminderer mit dem 

Ausgangsdruck p DM = 4800 hPa. Alle Bauteile vor dem Druckminderer wie die 

Hausanschlussleitung und die Hausanschlussgruppe bleiben unberücksichtigt, da 

danach der Druck reduziert wird. 

Um die Rohrleitungen zu dimensionieren, wird dafür ein verfügbarer Druckverlust 

Δp ges,v für den ungünstigsten Fließweg ab dem Druckminderer ermittelt. Dieser ergibt 

sich nach Formel 23. 

Formel 23: verfügbarer Druckverlust 

p DM Druck am Druckminderer [mbar] 

Δp geo Druckverlust durch geodätischen Höhenunterschied [mbar] 

Δp Ap Druckverlust durch Apparate [mbar] 

p minFl Mindestfließdruck [mbar] 

Bei Trinkwasserleitungen geht der geodätische Höhenunterschied ebenfalls in die 

Berechnung ein. Somit ergibt sich Δp geo nach Formel 24. 

Formel 24: Druckverlust durch geodätische Höhe 


g Fallbeschleunigung [m/s²] 

H Höhe [m] 

Die Fallbeschleunigung g beträgt auf der Erde 9,81 m/s², ρ ist die Dichte des 

Wassers (vereinfacht 1000 kg/m³) und H die Höhe der Entnahmearmatur mit 

Bezugspunkt Druckminderer. Als Überschlag kann Δp geo = 0,1 * H (Ergebnis in bar) 

gerechnet werden. Der Druckverlust von Apparaten Δp Ap ist z. B. der Druckverlust 

des Warmwasserspeichers. Dieser kann aber mit null angenommen werden, da 

dieser einem Rohr mit sehr großem Durchmesser entspricht und das Wasser darin 

steht, sodass der Druckverlust vernachlässigbar klein ist. Der Druckverlust des 

Rückflussverhinderers wird den Herstellerdaten entnommen. 

Der Trinkwasserspeicher samt den zugehörigen Armaturen ist im Kompaktgerät 

enthalten. Es wird ein Druckverlust von 50 mbar angegeben. 

Die Druckverlustberechnung eines Fließweges endet an einer Entnahmearmatur. In 

Tab. 3 findet man den Mindestfließdruck p min,Fl einer Entnahmestelle. Dies ist der 

20

Druck, welcher an der Armatur anliegen muss, damit der Berechnungsdurchfluss 

erreicht wird. 

Nun wird der verfügbare Druckverlust für die Fließwege auf dessen Längen l ges 

bezogen. Daraus ergibt sich das verfügbare Rohrreibungsdruckgefälle R V . Dieses 

gibt an, wie viel Druckverlust pro Meter Fließweg auftreten darf und wird nach Formel 

25 berechnet. 

Formel 25: Verfügbares Rohrreibungsdruckgefälle 

a Druckverlustanteil Einzelwiderstände [%] 

l ges Gesamtlänge [m] 

Δp ges,v verfügbarer Gesamtdruckverlust [mbar] 

Dafür werden für den Druckverlustanteil a der Einzelwiderstände zunächst einmal 

erfahrungsgemäß 40 bis 60 % geschätzt. Somit ergibt sich ein verfügbares 

Rohrreibungsdruckgefälle für die Rohrdimensionierung in hPa/m Leitung. 

3.3.4 Rohrleitungsdimensionierung 

Für jede Teilstrecke des hydraulisch ungünstigsten Fließweges ist ein 

Rohrdurchmesser zu wählen. Das daraus ermittelte Rohrreibungsdruckgefälle soll 

dem nach Formel 25 ermittelten R v nahe liegen. Es darf allerdings nicht überschritten 

werden. Ist dies der Fall, müssen Nennweiten größer gewählt werden. Als 

Mindestnennweite wird eine DN 12 gewählt. 

Dabei gehen nun die Druckverluste der Formteile und Armaturen direkt in die 

Berechnung über die vom Hersteller bereitgestellten Zeta-Werte mit ein. 

Die maximalen Fließgeschwindigkeiten in Tab. 4 müssen eingehalten werden. Sie 

sind nicht für Dauerläufer (≥ 15 min Durchfluss) gültig. 

Tabelle 4: maximale rechnerische Fließgeschwindigkeiten 

Leitungsabschnitt 

max. rechnerische Fließgeschwindigkeit 

Hausanschlussleitung 2 

Verbrauchsleitungen 

mit ζ < 2,5 für Einzelwiderstände 

Verbrauchsleitungen 

mit ζ ≥ 2,5 für Einzelwiderstände 

Quelle: nach DIN 1988-300, Tab. 5 

v [m/s] 

5 

2,5 

3.4 Anforderungen an die Hygiene 

Nach DVGW-Arbeitsblatt W 551 („Legionellenpapier“) sind Bestimmungen 

einzuhalten, um eine einwandfreie Qualität des Trinkwassers zu gewährleisten. 

Primäres Ziel ist die Vermeidung von Legionellenwachstum. 

21

Legionellen sind Bakterien, welche über Aerosole eingeatmet werden und schwere 

Lungenentzündungen verursachen können. Sie vermehren sich ab etwa 20 °C 

Wassertemperatur. In Kaltwasserleitungen mit einer Temperatur von ca. 10 °C stellt 

dies somit kein Problem dar. Legionellen haben ihr optimales Wachstum bei einer 

Temperatur von ca. 36 °C, was in etwa der Duschtemperatur entspricht. Bei 

Temperaturen von über 50 °C stellen Legionellen die Vermehrung ein. Bei 60 °C 

beginnen sie abzusterben und es geht nur noch wenig Gefahr von ihnen aus. 

Warmwasserleitungen können deshalb regelmäßig mit einer Temperatur von 70 °C 

thermisch desinfiziert werden, um Legionellen abzutöten. 

Die Gefahr des Legionellenwachstums ist nur bei Stillstand in den Rohrleitungen 

gegeben. Dies betrifft insbesondere die Warmwasserleitungen und den 

Warmwasserspeicher. Durch eine warmwasserausgangsseitige Speichertemperatur 

von 60 °C kann Legionellenwachstum vorgebeugt werden. 

Es handelt sich im Beispiel um eine Kleinanlage mit einem Speicher kleiner als 400 

Liter und einem maximalen Rohrleitungsinhalt vom Speicherausgang bis zur letzten 

Entnahmestelle von weniger als drei Litern. Deshalb kann auf den Einbau einer 

Zirkulationsleitung verzichtet werden. Dadurch sind längere 

Warmwasserausstoßzeiten in Kauf zu nehmen. 

Regelmäßige Nichtnutzungszeiten über 72 Stunden sollen vermieden werden. Von 

Freitagnachmittag (16 Uhr) bis montagfrüh (8 Uhr) ergibt sich eine Zeit von 64 

Stunden. Somit ist die Hygieneanforderung eingehalten. 

Es können allerdings auf Grund des Nutzerverhaltens hygienische Probleme 

auftreten. Wird die Duschmöglichkeit nicht oder nur bedingt angenommen, kommt es 

zu Stagnation im Warmwasserspeicher und den Rohrleitungen. Dies sollte 

vermieden werden. 

3.5 Berechnung der Schmutzwasserleitungen nach DIN EN 12056-2 


Abwasserleitungen werden nach DIN EN 12056-2 geplant und ausgelegt. Diese 

europäische Norm hat den Status einer deutschen Norm. In Deutschland wird 

grundsätzlich das System I „Einzelfallleitungsanlage mit teilbelüfteten 

Anschlussleitungen“ verwendet. Weiterführend gilt für Deutschland als nationale 

Ergänzung die DIN 1986-100. 

Die Rohrnetzberechnung der Abwasseranlage erfolgte mit dem Programm Viptool 

Piping von Viega und befindet sich in Anhang B.3. Zeichnerische Grundlage bildet 

das Schema für die Abwasserinstallation in Anhang F.2. 

Eingesetzt werden Rohre aus PE-HD nach DIN 19535. Diese halten den 

Mindestinnendurchmesser nach DIN 12056-2 ein. 

22

3.5.2 Schmutzwasserabfluss 

Zur Bemessung der Abwasserleitungen wird zuerst der Schmutzwasserabfluss Q WW 

nach Formel 26 ermittelt. 

Formel 26: Schmutzwasserabfluss 

K Abflusskennzahl [-] 

DU Anschlusswert [l/s] 

√∑ 

Dabei ist K die Abflusskennzahl. Sie hängt von der Nutzung des Gebäudes ab. Bei 

unregelmäßiger Benutzung wie in einem Büro gilt K = 0,5. DU ist der Anschlusswert 

der Abflussstellen in Litern pro Sekunde. Er wird für die Sanitärgegenstände in Tab. 5 

angegeben. Im Bürogebäude werden drei WCs mit 9,0 l Spülkasten, eine Dusche 

ohne Stöpsel, drei Waschtische und eine Küchenspüle eingesetzt. Ist der 

Anschlusswert eines einzelnen Entwässerungsgegenstandes in einem Strang (z. B. 

WC) größer als der berechnete Schmutzwasserabfluss, so muss dieser Wert für die 

Dimensionierung genutzt werden, weil die Rohrleitung sonst für den entsprechenden 

Abwasservolumenstrom zu klein ausfällt. Für die Dimensionierungen von 

Einzelanschlussleitungen gelten immer die aktuellen Anschlusswerte DU der 

Abflussstelle, da nach Formel 26 eine Mittelung des Abflusses bei mehreren 

Entwässerungsgegenständen erfolgt. Dies liegt an der Gleichzeitigkeit, mit der diese 

genutzt werden. 


Die Auswahl der Nennweite für unbelüftete Anschlussleitungen erfolgt nach DIN EN 

12056-2, Tab. 4. Anwendungsgrenzen in DIN 12056-2, Tab. 5 müssen dabei 

eingehalten werden. Nennweiten und Anwendungsgrenzen für belüftete 

Anschlussleitungen sind in DIN EN 12056-2, Tab. 7 und 8 aufgeführt. Somit ergeben 

sich die Einzelanschlussleitungen nach Tab. 5. 

Tabelle 5: Einzelanschlussleitungen (Anschlusswert DU und Nennweite DN) 

Entwässerungsgegenstand Anschlusswert DU [l/s] Nennweite DN 

WC mit 9,0 l Spülkasten 2,5 100 

Urinal mit Druckspüler 0,5 50 

Dusche ohne Stöpsel 0,6 50 

Waschtisch 0,5 40 

Küchenspüle 0,8 50 

Quelle: nach DIN EN 12056-2, Tab. 2 (DU) bzw. Tab. 7 (DN) 

Der zulässige Schmutzwasserabfluss für Sammelanschlussleitungen in einer Etage 

wird nicht nach Formel 26 ermittelt, sondern ergibt sich aus der Summe der 

23

Anschlusswerte ∑DU. Unbelüftete Anschlussleitungen werden mit einem 

Mindestgefälle von 1 % und belüftete Anschlussleitungen mit 0,5 % verlegt. 

Nennweiten und Anwendungsgrenzen von Schmutzwasserfallleitungen ohne 

Nebenlüftung sind in der DIN EN 12056-2, Tab. 11 festgelegt. 

Die erdverlegte Grundleitung unter dem Bürogebäude fällt nicht in den Bereich der 

DIN EN 12056 bzw. DIN 1986-100 und liegt außerhalb der vorgegebenen 

Planungsgrenzen und wird in dieser Diplomarbeit nicht berücksichtigt. 

3.5.4 Projektspezifische Besonderheiten 

Aufgrund der Bauweise des Bürogebäudes dürfen keine Durchbrüche durch die 

Dachfläche realisiert werden. Eine Hauptlüftung des Abwassersystems muss aber 

vorhanden sein, um Leersaugen von Geruchsverschlüssen durch Unterdrücke im 

Leitungssystem zu vermeiden. 

Auf Grund der baulichen Besonderheiten ist eine Hauptlüftung des Abwassersystems 

nur unter großem Aufwand realisierbar. Die drei Fallleitungen können durch 

Belüftungsventile belüftet werden. Dies ist technisch realisierbar, da die benötigten 

Luftvolumenströme nach DIN 12056-2 eingehalten werden. Der kritischste Fall tritt 

ein, wenn beide WCs in den WC-Räumen gleichzeitig benutzt werden. Die benötigte 

Luft kann trotzdem über die Belüftungsventile nachströmen. Diese müssen bei 

Fallleitungen als Volumenstrom mindestens den achtfachen 

Gesamtschmutzwasserabflussvolumenstrom besitzen. Dies entspricht für die 

Abwasseranlage der WC-Räume 58,4 l/s und für die Abwasseranlage des 

Duschraumes 32,8 l/s. Für das Ventil im Obergeschoss sind demnach 6,4 l/s 

ausreichend. 

Eine Abluftanlage ohne Hauptlüftung ist allerdings nicht normgerecht. Mit dem 

Auftraggeber wurde deshalb schriftlich festgehalten, bei dieser Variante von der 

Norm abweichen zu dürfen, um großen installationstechnischen Aufwand zu 

vermeiden. 

Einzelanschlussleitungen dürfen nur bis zu einer maximalen Länge von vier Metern 

und Sammelanschlussleitungen nur bis zu einer maximalen Länge von zehn Metern 

von der letzten Abflussstelle bis zur Fallleitung unbelüftet ausgeführt werden. Dies ist 

im Beispiel eingehalten. 

3.6 Abluftanlage der Sanitärräume nach DIN 18017-3 


Der Duschraum sowie das Herren- und das Damen-WC besitzen keine Fenster nach 

außen und sind somit innenliegende Sanitärräume. Demzufolge muss eine 

Abluftanlage installiert werden. Die DIN 18017-3 beschäftigt sich hauptsächlich mit 

24

Abluftanlagen in Wohnräumen, kann aber aufgrund der ähnlichen Verhältnisse zur 

Berechnung des Bürogebäudes als Grundlage genutzt werden. 

Die Abluft aller drei Räume wird mit einzelnen Ventilatoren direkt über die Wand zur 

Halle abgesaugt. Zwischen dem Bürogebäude und der Halle befindet sich ein 10 cm 

breiter Spalt, sodass die Luft problemlos abgeblasen werden kann. Für die 

Abluftanlage ist somit kein Kanalnetz notwendig. Da sich die Ventilatoren in der 

Wand hinter dem Trockenbau befinden, muss darauf geachtet werden, dass in 

diesen entsprechende Luftdurchlässe eingebaut werden, um eine Entlüftung der 

Sanitärräume zu gewährleisten. Damit kann außerdem Luft für die Belüftungsventile 

nachströmen. 

3.6.2 Abluftvolumenströme 

Der Mindestabluftvolumenstrom beträgt 40 m³/h, wenn er dauerhaft abgeführt wird. 

Bei geringem Luftbedarf, aber maximal 12 Stunden am Tag, darf dieser auf 20 m³/h 

reduziert werden. Dies kann nachts und außerhalb der Arbeitszeiten geschehen. 

Eine zweite Variante ist es, mindestens 60 m³/h während der Nutzung der WCs bzw. 

Dusche bedarfsgeführt abzuführen. Werden die Sanitärräume nicht genutzt, kann 

eine Reduzierung des Volumenstroms auf dauerhaft 15 m³/h oder Intervallbetrieb mit 

einem Mittelwert von 15 m³/h über 24 Stunden ohne Berücksichtigung einer Nutzung 

erfolgen. Allerdings darf der Abluftventilator nicht länger als eine Stunde am Stück 

ausgeschaltet sein. 

Des Weiteren darf der Abluftvolumenstrom während Nichtnutzung auf null gesetzt 

werden, wenn das Gebäude der Wärmeschutzverordnung von 1995 oder einer 

neueren Ausgabe entspricht. 

Die Abluftvolumenströme können halbiert werden, wenn es sich ausschließlich um 

Toilettenräume handelt. 

Da bei dem Bürogebäude der Tröger und Entenmann GmbH keine besonderen 

Komfortbedingungen erforderlich sind, wird der Volumenstrom nach Variante 2 

während der Nutzung abgeführt. Außerhalb der Arbeitszeit wird kein Abluftvolumen 

abgeführt. Zusätzlich wird von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, die 

Abluftvolumenströme der reinen Toilettenräume zu halbieren. 

Nach dieser Auswahl ergeben sich die Volumenströme in Tab. 6. 

Tabelle 6: Abluftvolumenströme innenliegende Sanitärräume 

Nutzung während der 

Arbeitszeit 

WC-Damen 30 m³/h 0 m³/h 

WC-Herren 30 m³/h 0 m³/h 

Dusche/WC-Herren 60 m³/h 0 m³/h 

keine Arbeitszeit 

25

Der benötigte Luftvolumenstrom kann über die Nachbarräume (Flur bzw. 

Empfangsbereich) nachströmen. Dazu müssen in den Türen Gitter vorgesehen 

werden oder die Türen an der Unterseite entsprechend gekürzt werden. Dies wurde 

außerdem in den Heizlasten der jeweiligen Räume berücksichtigt. 

3.6.3 Ventilatoren 

Die Ventilatoren werden nach den Abluftvolumenströmen der einzelnen Räume 

(siehe Tab. 6) ausgelegt. 

Der Druckverlust wird als Pressung bezeichnet. Er muss kein Kanalnetz überwinden, 

sondern bei diesem baulichen Fall gewährleisten, dass die Abluft im Spalt zwischen 

Bürogebäude und Halle nach oben befördert wird. Bei der Breite von 10 cm stellt 

dies kein Problem dar. 

Eine Hauptaufgabe der Ventilatoren im Duschraum ist neben der Abführung von 

Gerüchen die Abführung von Feuchtigkeit aus dem Raum. Beim Duschen entsteht 

durch verdunstendes Wasser eine hohe Feuchtelast. Zur Vermeidung von 

Schimmelbildung an den Wänden ist es sinnvoll, die Abluftventilatoren solange 

laufen zu lassen, bis eine bestimmte Luftfeuchtigkeit im Raum wiederhergestellt ist. 

Nach ASR A 3.6, Tab. 2 ist die maximal zulässige relative Luftfeuchtigkeit im Raum 

bei einer Innentemperatur von 24 °C mit 62 % definiert. Dies kann relativ einfach und 

kostengünstig über Feuchtefühler realisiert werden und ist eine Alternative dazu, die 

Ventilatoren nur über eine eingestellte Zeit nachlaufen zu lassen, ohne dass 

gewährleistet ist, dass die Feuchte komplett aus dem Raum abgeführt wurde. 

26

4 Kühlung 


Um auch im Sommer ein angenehmes Arbeitsklima zu erreichen, sollen alle 

Büroräume, der Aufenthaltsraum und der Empfangsbereich gekühlt werden. Ziel ist 

es, bei 32 °C Außentemperatur eine Innentemperatur von 26 °C zu erreichen, sodass 

die Forderung nach Arbeitsstättenrichtlinie eingehalten wird. 

Eingesetzt wird eine Multisplit-Anlage mit einem Außengerät, welches an der 

Nordwand des Bürogebäudes außen aufgestellt wird, sowie Innengeräten in den 

jeweiligen Räumen. 

Nach VDI 2078, Tab. 2 liegt Chemnitz in Kühllastzone 2. Für das Gebäude ergibt 

sich durch die sehr leichte Bauweise ein Raumtyp XL. 

Aufgrund der Bauweise mit vorgefertigten Segment-Bauteilen gibt es keine 

Wandüberstände an den Fenstern, sodass komplett ohne Verschattung gerechnet 

werden kann. 

Die U-Werte (auch k-Werte genannt) sind in der Heizlastberechnung (Punkt 2.2, Tab. 

1) aufgeführt. 

Die Kühllastberechnung erfolgte mit dem Programm Viptool Building von Viega und 

befindet sich in Anhang C. 

4.2 Kühllastberechnung nach VDI 2078 

4.2.1 Kühllast durch Personen 

Bei Personen unterscheidet man grundsätzlich zwischen trockener und feuchter 

Wärmeabgabe. Die trockene Wärme setzt sich zu 50 % aus Konvektion und 50 % 

aus Strahlung zusammen, während die feuchte Wärme durch die Verdunstung der 

Feuchtigkeit auf der Haut entsteht. 

Grundsätzlich sind die Faktoren zur Berechnung der Personenkühllast die Anzahl der 

Personen im Raum n P , deren Wärmeabgabe q P in Abhängigkeit von deren Tätigkeit 

und der innere Kühllastfaktor s i (siehe Formel 27). 

Formel 27: Kühllast durch Personen (allgemein) 

̇ 

n P Anzahl Personen [-] 

q P spezifische Personenkühllast [W] 

s i innerer Kühllastfaktor [-] 

Wie hoch die Wärmeabgabe einer Person ist, hängt von deren Aktivitätsgrad ab. So 

gibt z. B. ein Mitarbeiter eines Büros wesentlich weniger Wärme ab als ein 

Werkstattarbeiter. Die genaue Abgabe in Abhängigkeit der Tätigkeit wird der VDI 

2078, Tab. A1 entnommen. Bei Büroarbeit spricht man von leichter körperlicher 

Tätigkeit, teilweise sitzend oder stehend. Das entspricht den Aktivitätsgraden I bis II. 

27

̇ 

Somit ergibt sich für die Wärmeabgabe q p,tr = 75 W pro Person und q p,f = 40 W 

Person. 

Der innere Kühllastfaktor berücksichtigt die Wärmerückströmung der Wände. 

Wärmestrahlung wird nie direkt an die umgebende Luft abgegeben, sondern immer 

an die äußeren Umschließungsflächen wie Wände. Werden diese nun wärmer als die 

Raumluft, geben sie die Wärme an diese ab. Der innere Kühllastfaktor wird in der 

VDI 2078, Tab. A5 abgelesen und ist von mehreren Faktoren abhängig. Zum einen 

ist das der Raumtyp. Je schwerer ein Gebäude ist, desto weniger Kühllast tritt auf. Er 

wird durch einen Vergleich mit dem Typraum in VDI 2078 ermittelt. s i wird weiterhin 

beeinflusst vom Konvektionsanteil der Wärmequelle. Personen werden als 

„Leuchten“ mit einem Konvektivanteil von 50 % eingestuft. Der Belastungszeitraum 

gibt an, wie lange eine Wärmequelle im Raum wirksam wird. Schließlich spielt auch 

der Berechnungszeitpunkt eine Rolle und wird in Tab. A5 berücksichtigt. Zu beachten 

ist, dass bei feuchter Personenkühllast immer s i = 1 gilt. Darum wird s i in Formel 29 

auch nicht aufgeführt. 

Nach Unterteilung in trockene und feuchte Kühllast von Personen ergeben sich die 

Formeln 28 und 29: 

Formel 28: trockene Kühllast durch Personen 

̇ 


q P,tr 

spezifische trockene Personenkühllast [W] 


Formel 29: feuchte Kühllast durch Personen 

̇ 


q P,f spezifische feuchte Personenkühllast [W] 

Die Gesamtkühllast durch Personen ergibt sich nun durch die Addition der trockenen 

und feuchten Personenkühllast (siehe Formel 30). 

Formel 30: Kühllast durch Personen 

Q P,tr trockene Personenkühllast [W] 

Q P,f feuchte Personenkühllast [W] 

̇ ̇ ̇ 

4.2.2 Kühllast durch Beleuchtung 

Die Wärmeabgabe der Beleuchtung berechnet man grundsätzlich nach Formel 31. 

Formel 31: Kühllast durch Beleuchtung 

P elektrische Anschlussleistung [W] 

l Gleichzeitigkeitsfaktor [-] 

μ B Raumbelastungsgrad [-] 

28


Dabei ist P die elektrische Anschlussleistung einer Lampe. Sie beträgt im Beispiel 

zweimal 58 W. 

Der Gleichzeitigkeitsfaktor l dient der Berücksichtigung, wie viele Lampen zum 

Berechnungszeitpunkt tatsächlich eingeschaltet sind. Dieser Wert wird für alle 

Räume mit 100 % festgelegt, da aufgrund der Arbeitsplatzverteilung und des 

Sonnenschutzes Leuchten eingeschaltet sein können. 

Der Raumbelastungsgrad μ B richtet sich nach dem Luftdurchsatz der Leuchten und 

der Absaugart der Luft bei Abluftlampen. Wird keine Luft abgesaugt, gilt μ B = 1. 

Ansonsten wird der Wert aus der VDI 2078, Tab. A4 abgelesen. 

Genau wie bei der Personenkühllast spielt auch hier der innere Kühllastfaktor s i die 

gleiche Rolle. Für Leuchten gilt allerdings ein Strahlungsanteil von 100 %. Der 

Konvektivanteil ist null. 

4.2.3 Kühllast durch technische Geräte 

Die Teilkühllast durch technische Geräte berechnet sich nach folgender Formel: 

Formel 32: Kühllast durch technische Geräte 

̇ 

P G Wärmeabgabe Gerät [W] 

l Gleichzeitigkeitsfaktor [-] 


Die Wärmeabgabe von EDV-Geräten wie PCs, Monitore und Drucker ist in der VDI 

2078, Tab. A6.2 festgehalten und wird ebenfalls mit dem inneren Kühllastfaktor s i – 

diesmal mit einem Konvektivanteil von 40 % – und dem Gleichzeitigkeitsfaktor l 

multipliziert. P G wurde mit 250 Watt für PCs mit Farbbildschirm ausgewählt. 

4.2.4 Kühllast durch nichtklimatisierte Nachbarräume 

Die Teilkühllast durch innere Umschließungsflächen berücksichtigt die Wärme, 

welche von nichtklimatisierten Nachbarräumen in den Berechnungsraum abgegeben 

wird. Sie berechnet sich wie folgt: 

Formel 33: Kühllast durch nichtklimatisierte Nachbarräume 

̇ 

k Wärmedurchgangskoeffizient [W/(m²K)] 

A Fläche [m²] 

ϑ NR Raumlufttemperatur Nebenraum [°C] 

ϑ LR 

Raumlufttemperatur Berechnungsraum [°C] 

Für die klimatisierten Räume gelten die k-Werte für die Innentüren, Innenwände und 

Decke in Punkt 2.2. 

29

Die Fläche A berechnet sich bei Wänden aus lichter Länge mal Geschosshöhe 

abzüglich von Türflächen bzw. bei Fußböden und Decken aus lichter Länge mal 

lichter Breite. 

ϑ NR ist die Raumlufttemperatur im Nachbarraum. Wenn diese nicht bekannt ist, wählt 

man sie aus der VDI 2078, Tab. A7. Dementsprechend wurde für die Temperatur in 

angrenzenden nichtklimatisierten Nebenräumen 30 °C angenommen. 

ϑ LR ist die gewünschte Raumlufttemperatur im Berechnungsraum und beträgt 26 °C. 

4.2.5 Kühllast durch Transmission durch äußere Umschließungsflächen 

Die Transmission durch Wände lässt sich aus dem Produkt des 

Wärmedurchgangskoeffizienten k, der Wandfläche A mit lichter Länge mal 

Geschosshöhe abzüglich der Fenster- und Türflächen und einer Temperaturdifferenz 

„Delta-Theta-äquivalent“ Δϑ äq berechnen (siehe Formel 34). 

Formel 34: Kühllast durch Transmission durch die äußeren Wände und Dächer 

̇ 



Δϑ äq äquivalente Temperaturdifferenz [K] 

Um die Temperaturdifferenz Δϑ äq in Formel 34 zu ermitteln, sind mehrere Schritte 

notwendig. Grundsätzlich wird dieser Wert in der VDI 2078 für Wände in Tab. A18 

abgelesen. Um ihn bestimmen zu können, benötigt man die Bauartklasse des 

Gebäudes. Sie ergibt sich je nach Material und Dicke der Außenwand und wird nach 

VDI 2078, Tab. A17 für Wände und Tab. A19 für Dächer bestimmt. Somit ergibt sich 

die Bauartklasse 6 mit Δz = 0 h. Mit der entsprechenden Himmelsrichtung kann man 

nun die Temperaturdifferenz zum Ablesezeitpunkt Δϑ äq (z) ablesen. Allerdings 

entspricht dieser nicht immer dem Berechnungszeitpunkt, da die Speicherwirkung 

der Wand mit einem Parameter Δz berücksichtigt werden muss. Diesen findet man 

ebenfalls in der VDI 2078, Tab. A17 bzw. A19. In Tab. A18 bzw. A20 rückt man nun 

in der Spalte „wahre Ortszeit“ je nach Vorzeichen um Δz vor oder zurück. Dann liest 

man den Wert ab. Hat man diesen ermittelt, erfolgt die erste Korrektur nach Formel 

35 für alle Berechnungszeitpunkte außer Süden im September. 

Formel 35: 1. Korrektur von Δϑ äq (z) 

Δϑ äq (z) äquivalente Temperaturdifferenz zum Ablesezeitpunkt z [K] 

ϑ m Tagesmitteltemperatur [°C] 

ϑ LR Raumlufttemperatur Berechnungsraum [°C] 

Bei ϑ m handelt es sich um die Tagesmitteltemperatur zum Berechnungsmonat in der 

entsprechenden Kühllastzone. Der Wert befindet sich in der VDI 2078, Tab. A8 und 

beträgt für die Beispielrechnung für Kühllastzone 2 im Juli 24,3 °C. 

30

ϑ LR ist die gewünschte Raumlufttemperatur und beträgt 26 °C. 

Eine zweite Korrektur erfolgt nicht für hellgetönte Wände und dunkle Dächer. Es wird 

an dieser Stelle auf eine nähere Erläuterung der zweiten Korrektur verzichtet. 

Für den Wert Δϑ äq in Formel 34 setzt man nun den Wert nach der ersten Korrektur, 

da keine zweite Korrektur erfolgt ist, ein. 

Da nun die k-Werte, die Außenwandflächen sowie die äquivalenten 

Temperaturdifferenzen bekannt sind, kann die Kühllast durch Transmission durch die 

Außenwände für jeden Fall nach Formel 34 berechnet werden. 

Die Berechnung der Transmission für Außenfenster einschließlich der Eingangstür 

erfolgt analog der Berechnung zu Nachbarräumen nach Formel 36, nur mit der 

Außentemperatur ϑ AU . 

Formel 36: Kühllast durch Außenfenster 

̇ 



ϑ AU Außenlufttemperatur [°C] 

ϑ LR 

Raumlufttemperatur Berechnungsraum [°C] 

4.2.6 Kühllast durch Strahlung durch Außenfenster 

Bei der Teilkühllast durch Strahlung durch die Fenster handelt es sich um die 

Wärme, die durch Strahlung durch die Glasfläche in den Raum gelangt. Sie wird 

nach Formel 37 berechnet. 

Formel 37: Kühllast durch Strahlung durch das Fensterglas 

̇ [ ] 

A 1 besonnte Glasfläche [m²] 

I max maximale Globalstrahlung [W/m²] 


I diff,max maximale Diffusstrahlung 

b Sonnenstrahldurchlassfaktor [-] 

s a äußerer Kühllastfaktor [-] 

[W/m²] 

Beim Term in eckigen Klammern handelt es sich um die maximale 

Strahlungsleistung, die anliegen könnte. 

Sonnenschutzvorrichtungen wie Jalousien oder Nesselvorhänge werden mit dem 

Durchlassfaktor für Sonnenstrahlen b berücksichtigt. Er wird nach VDI 2078, Tab. 

A13 ermittelt. Bei mehreren Schutzvorrichtungen werden die einzelnen Faktoren 

multipliziert. 

Der äußere Kühllastfaktor s a dient zur Reduzierung des Maximalwertes der Strahlung 

und wird in der VDI 2078, Tab. A16 abgelesen. Des Weiteren sind der 

Berechnungsmonat, der Berechnungszeitpunkt, die Himmelsrichtung, der 

Wärmeschutz und der Raumtyp zu berücksichtigen. 

31

Die Werte für I max und I diff,max findet man in der VDI 2078, Tab. A9. Es ist darauf zu 

achten, dass der Maximalwert abgelesen werden muss und nicht der Wert zur 

wahren Ortszeit. 

Eine Verschattung tritt auf Grund der baulichen Begebenheiten nicht auf. Somit gilt A 

= A 1 und Formel 37 kann auf Formel 38 vereinfacht werden. 

Formel 38: Kühllast durch Strahlung durch das Fensterglas ohne Verschattung 

̇ 


I max maximale Globalstrahlung [W/m²] 

b Sonnenstrahldurchlassfaktor [-] 

s a äußerer Kühllastfaktor [-] 

4.3 Multisplit-Anlage 

Die komplette Auslegung der Kältetechnik ist nicht Bestandteil dieser Diplomarbeit. In 

diesem Kapitel wird nur ein grundlegender Überblick über die einzusetzende 

Multisplit-Anlage gegeben, ohne diese komplett zu planen. 

In den zu kühlenden Innenräumen werden Wandgeräte eingesetzt, da keine 

Zwischendecke zur Integrierung von Deckenkassettengeräten vorhanden ist. Diese 

müssen die maximal im Raum auftretende Kühllast abdecken können, sodass eine 

Raumlufttemperatur von 26 °C nach ASR erreicht wird. Die Platzierung erfolgt nach 

der Arbeitsplatzgestaltung und der Einrichtung des Raumes. Es soll vermieden 

werden, dass Personen direkt mit untertemperierter Luft angeblasen werden oder die 

Luftströmung der Innengeräte durch Regale und Schränke beeinträchtigt werden. 

Angestrebt wird – soweit möglich und sinnvoll, dass sie über den Fenstern platziert 

werden. Dort kann ausgeschlossen werde, dass an diesen Stellen Schränke und 

Regale aufgestellt werden, sodass auch eine Neueinrichtung des Raumes jederzeit 

möglich ist. 

Die kältetechnischen Rohrleitungen sowie die Kondensatleitungen werden in der 

Ecke zwischen Raumdecke und den Wänden in einem Kabelkanal verlegt, sodass 

sie nicht mehr sichtbar sind und sich ein optisch ansprechendes Gesamtbild im 

Raum ergibt. 

Das Außengerät muss die gleichzeitig auftretende maximale Kühlleistung aller 

Innengeräte bereitstellen sowie anlagentechnisch bedingte Verluste kompensieren. 

Es wird auf der Nordseite des Bürogebäudes an der Fassade zum 

Hausanschlussraum aufgestellt. Dort ist es am besten vor direkter 

Sonneneinstrahlung geschützt, um unnötig hohe Kondensationstemperaturen zu 

vermeiden. Außerdem wird so die Hauptansicht des Gebäudes nicht beeinträchtigt. 

32

5 Solaranlage 


Zur Warmwasserbereitung – vor allem im Sommer – soll eine thermische 

Solaranlage genutzt werden. Deren Ziel ist es, den Warmwasserbedarf zum Duschen 

abzudecken, sodass das Gasbrennwertgerät an sonnigen Tagen nicht in Betrieb 

gehen muss. Dabei wird Erdgas eingespart. Ob die Investition in eine solche 

Solaranlage finanziell sinnvoll ist, wird in Punkt 6 geprüft. 

Es sollen Flachkollektoren von Vaillant, Typ auroTherm eingesetzt werden. Diese 

besitzen das Prüfzeichen nach EEWärmeG „Solar Keymark“. 

Die Berechnungen zur Solaranlage sind in Anhang D dargestellt. 

Zeichnungen befinden sich in Anhang F. 

5.2 Warmwasserbedarf und Speicher 

Der tägliche Nutzwärmebedarf Q N,d zur Trinkwassererwärmung wird mit Formel 39 

berechnet. 

Formel 39: täglicher Nutzwärmebedarf 

m W täglich benötigte Warmwassermasse [kg/d] 

c p spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck c p = 1,163 Wh/(kgK) 

Δϑ W Temperaturdifferenz Kalt- und Warmwasser [K] 

Es wird davon ausgegangen, dass am Ende der Arbeitszeit maximal vier Personen 

nacheinander je ca. fünf Minuten duschen. Dies entspricht einem Wasservolumen 

von 126 Litern. Das Brennwert-Kompaktgerät besitzt einen integrierten 

Schichtladespeicher für Trinkwasser mit einem Volumen von 150 Litern. Dieser kann 

mit dem Wärmeerzeuger selbst oder durch die thermische Solaranlage auf die 

benötigte Temperatur von 60 °C am Speicherausgang gebracht werden. Zur 

Vereinfachung wird angenommen, dass ein Liter Wasser einem Kilogramm 

entspricht. Somit ergibt sich eine tägliche Warmwassermasse m W von 126 kg/d 

(siehe Punkt 3.2.1). 

Die Temperaturdifferenz Δϑ W ist der Unterschied zwischen Warm- und Kaltwasser. 

Für vier Duschvorgänge in Folge werden 126 Liter Wasser mit einer Temperatur von 

60 °C benötigt (Berechnung Warmwasserbereiter – Anhang B.1). Demzufolge muss 

die Solaranlage am Tag genug Solarenergie liefern, um 126 Liter Kaltwasser von 10 

°C auf 60 °C zu erwärmen, sodass die Temperaturdifferenz 50 K beträgt. 

An Wochenenden und Feiertagen wird nicht gearbeitet. Somit kann davon 

ausgegangen werden, dass an ca. 250 Tagen pro Jahr Warmwasser verbraucht wird. 

An den restlichen Tagen entsteht kein Bedarf. 

33

Aus dem täglichen Nutzwärmebedarf von 7,3 kWh/d nach Formel 39 ergibt sich ein 

jährlicher Nutzwärmebedarf von Q N,a = 1832 kWh/a. 

Überschüssiges Warmwasser wird durch Leitungs- und Speicherverluste sowie die 

Waschtische und Küchenspülen verbraucht. Der Hersteller gibt einen Wärmeverlust 

des Warmwasserspeichers von 25 W an. Dies entspricht 0,6 kWh/d bzw. 219 kWh/a. 

Da diese Werte gering sind, können Sie in der Berechnung vernachlässigt werden. 

5.3 Energieertrag und Kollektorauswahl 

5.3.1 Erstauslegung 

Der solare Nutzenergiebedarf Q sol ist die Energiemenge, welche jährlich für die 

Trinkwassererwärmung benötigt wird. Er wird nach Formel 40 berechnet. Dabei 

werden Systemwirkungsgrad und Deckungsrate einbezogen. 

Formel 40: solarer Nutzenergiebedarf 

Q N,a jährlicher Nutzwärmebedarf [kWh/a] 

D S Deckungsrate [%] 

η Sys Systemwirkungsgrad [%] 

Der Deckungsgrad D S der thermischen Solaranlage beschreibt, wie viel Solarenergie 

prozentual zur Deckung des Warmwasserbedarfs genutzt wird. Bei reiner 

Warmwasserbereitung sollte sich dieser zwischen 50 und 60 % bewegen. Er wird im 

Beispiel mit 60 % gewählt, um vor allem im Sommer die Trinkwassererwärmung 

komplett mit der Solaranlage zu realisieren. 

Der Systemwirkungsgrad η Sys beträgt bei Flachkollektoren bei optimaler 

Betriebsweise zwischen 30 und 35 %. Im Beispiel wurden 30 % gewählt, um eine 

gewisse Sicherheit einzukalkulieren. 

Mit Hilfe des solaren Nutzenergiebedarfes wird die benötigte Kollektorfläche A Koll 


Formel 41: benötigte Kollektorfläche 

Q sol solarer Nutzenergiebedarf [kWh/a] 

E Koll jährliche Sonneneinstrahlung [kWh/(m²a)] 

E Koll ist die jährliche Sonneneinstrahlung in die Kollektorebene pro Quadratmeter. Die 

Kollektoren werden auf dem Flachdach des Bürogebäudes aufgestellt. Sie werden 

direkt nach Süden ausgerichtet und im 45°-Winkel aufgeständert, sodass von Frühbist 

Spätsommer ein möglichst hoher Ertrag erzielt werden kann. Demzufolge beträgt 

die auf diese Parameter korrigierte, jährliche Globalstrahlung (Jahresmittelwerte) E Koll 

34

für den Standort Chemnitz 1254 kWh/(m²a). Dieser Wert kann jährlich wetterbedingt 

abweichen. 

Die benötigte Kollektorfläche A Koll beträgt 2,92 m². 

In Tab. 7 sind Eingangswerte und Ergebnisse dieser Erstauslegung noch einmal 

zusammengefasst dargestellt. 

Tabelle 7: Werte Erstauslegung Solaranlage 

täglicher Nutzwärmebedarf Q N,d [kWh/d] 7,3 

jährlicher Nutzwärmebedarf Q N,a [kWh/a] 1832 

gewählter Systemwirkungsgrad η Sys [%] 30 

gewählter Deckungsgrad D S [%] 60 

solarer Nutzenergiebedarf Q sol [kWh/a] 3664 

jährliche Sonneneinstrahlung E Koll [kWh/(m²a)] 1254 

benötigte Kollektorfläche A Koll [m²] 2,92 

Die Erstauslegung befindet sich in Anhang D.1. 

5.3.2 Variantenvergleich 

Zum Kompaktbrennwertgerät auroCompact wird vom Hersteller empfohlen, ein bis 

zwei Flachkollektoren vom Typ auroTherm zur Warmwasserbereitung zu installieren. 

Im Folgenden sollen zwei Varianten untersucht werden. Bei Variante I wird ein 

Kollektor auroTherm und bei Variante II werden zwei Kollektoren auroTherm von 

Vaillant eingesetzt. Ziel ist es festzustellen, ob ein Kollektor ausreicht, um die 

vorgegebenen Bedingungen zur Trinkwassererwärmung zu erfüllen und ob es 

technisch möglich und sinnvoll ist, zwei Kollektoren zur Trinkwassererwärmung 

einzusetzen. 

Zuerst wird der Nutzwärmeeintrag mit dem Wärmeinhalt des Trinkwasserspeichers 

verglichen. Dies erfolgt nach folgender Maßgabe: Der Nutzwärmeeintrag Q N sollte 

nahe der benötigten Wärmeenergieaufnahme des Speichers liegen ( 

), die 

benötigt wird, um den gesamten Warmwasserspeicher von 10°C auf 60 °C (Δϑ W = 50 

K) zu erhitzen. 

Die Wärmeenergieaufnahme des Speichers Q Sp wird mit Formel 42 berechnet. 

Formel 42: Wärmeenergieaufnahme des Speichers 

m Sp Wassermasse Speicher [kg] 

c p spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck c p = 1,163 Wh/(kgK) 

Δϑ W Temperaturdifferenz Kalt- und Warmwasser [K] 

Der Speicherinhalt beträgt 150 l. Zur Vereinfachung darf angenommen werden, dass 

dies m Sp = 150 kg entspricht. 

Der Warmwasserspeicher kann demzufolge 8,7 kWh/d Wärmeenergie aufnehmen, 

bis er komplett von 10 °C auf 60 °C erwärmt ist. 

35

̇ 

Der Nutzwärmeeintrag der Solaranlage Q N wird mit Formel 43 berechnet. 

Formel 43: Nutzwärmeeintrag Solaranlage 

n Koll 

Anzahl Kollektoren 

A A Aperturfläche Kollektor [m²] 

̇ 

Δt Bezugszeit [h/d] 

Standardvolumenstrom [kg/(m²h)] 

c F 

spezif. Wärmekapazität bei konstantem Druck (Wasser/Glykol 60/40 %) c F = 3,588 kJ/(kgK) 

Δϑ S Temperaturspreizung zwischen Solarvorlauf und Solarrücklauf [K] 

Die Anzahl der Flachkollektoren beträgt in Variante I eins und in Variante II zwei. 

Die Aperturfläche A A eines Flachkollektors auroTherm beträgt 2,35 m². Dies ist die 

Fläche, welche real zur Energieaufnahme der Solarstrahlung genutzt wird. 

Die Bezugszeit Δt bezeichnet die Zeitspanne, in der der Kollektor solare 

Wärmeenergie aufnimmt. An einem sonnigen Sommertag sind dies in etwa acht 

Stunden. 

Der Standardvolumenstrom ̇ wird vom Hersteller mit 40 l/(m²h) angegeben. 

Nähere Erläuterungen dazu befinden sich unter dem Punkt 5.5.2 

(Volumenstromberechnung). Zur Vereinfachung wird auch hier ein Liter einem 

Kilogramm gleichgesetzt. 

Als Wärmeträgermedium wird ein Wasser-Glykol-Gemisch mit einem Glykolanteil von 

40 % eingesetzt. Dieses besitzt eine spezifische Wärmekapazität bei konstantem 

Druck von c F = 3,588 kJ/(kgK). 

Die Temperaturspreizung zwischen Solarvorlauf und Solarrücklauf bei diesem 

Standardvolumenstrom sollte für eine optimale Betriebsweise zwischen 5 und 10 K 

liegen. Gewählt wurde deshalb Δϑ S = 8 K. 

Für Variante I ergibt sich ein Nutzwärmeeintrag von 6,0 kWh/d und für Variante II 

12,0 kWh/d. Die Wärmeaufnahme des Speichers bewegt sich zwischen beiden 

Varianten. 

Mit Formel 44 soll nun der solare Nutzenergieeintrag für beide Varianten ermittelt 

werden, sodass nach Berechnung mit Formel 45 die Deckungsraten verglichen 

werden können. 

Formel 44: solarer Nutzenergieeintrag 

n Koll 


A A Aperturfläche Kollektor [m²] 

E Koll jährliche Sonneneinstrahlung [kWh/(m²a)] 

Formel 45: Deckungsgrad 

Q sol solarer Nutzenergiebedarf [kWh/a] 

36

η Sys Systemwirkungsgrad [%] 


Für Variante I beträgt der erreichte Deckungsgrad 48,3 %. Dieser liegt nur gering 

unter dem angestrebten von 50 – 60 % für die Trinkwassererwärmung. 

Mit Variante II ergibt sich hingegen ein Deckungsgrad von 96,5 %. Dies liegt deutlich 

über dem angestrebten Ergebnis. 

Der Variantenvergleich befindet sich in Anhang D.2. 

Dessen Ergebnisse sind zur Übersicht in Tab. 8 dargestellt. 

Tabelle 8: Variantenvergleich Flachkollektoren 

Variante I Variante II 

Anzahl Kollektoren n Koll 1 2 

Aperturfläche A A [m²] 2,35 4,7 

Wärmeenergieaufnahme Speicher Q Sp [kWh/d] 8,7 8,7 

Nutzwärmeeintrag Q N [kWh/d] 6,0 12,0 

Abweichung Q N zu Q Sp ΔQ [kWh/d]] -2,7 +3,3 

erreichte Speichertemperatur ϑ Sp [°C] 44,4 78,7 

solarer Nutzenergieeintrag Q sol [kWh/a] 2947 5894 

Deckungsgrad D S [%] 48,3 96,5 

Da außerdem das Nutzverhalten variiert und nicht gewährleistet ist, dass immer vier 

Personen duschen, erscheint Variante I mit einem Kollektor als die günstigere. So 

werden längere Stillstandszeiten und zu hohe Anlagentemperaturen vermieden. 

Außerdem kann der Warmwasserspeicher die gesamte Wärmeenergie von mehr als 

einem Tag aufnehmen. Zur Überprüfung wurde die Anlage mit dem Programm T-Sol 

Expert 4.5 simuliert. Die Auswertung erfolgt unter Punkt 5.4. 

5.4 Simulation 

Beide Varianten mit ein bzw. zwei Flachkollektoren auroTherm wurden an Hand der 

Grundlagen aus Punkt 5.3 mit dem Programm T-Sol Expert 4.5 für einen Jahresgang 

simuliert. Grundlage bilden ausführlich Klimadatensätze für die Region Chemnitz. 

Dabei wird auf langjährig gesammelte Wetterdaten zurückgegriffen. 

Die Simulation berücksichtigt zusätzlich hersteller- und aufstellungsbedingte Verluste 

der Kollektoren, Wärmeverluste über die Rohrleitung an die äußere Umgebung sowie 

Wärmeverlust bei der Übergabe und Speicherung der Energie im 

Trinkwasserspeicher. 

Des Weiteren wird ein schwankender Verbrauch durch sich änderndes 

Nutzerverhalten nicht berücksichtigt. Es wird von einer konstanten 

Warmwasserabnahme über das gesamte Jahr ausgegangen. Diese erfolgt 

37

zumindest während der Arbeitswoche, wenn wie vom Auftraggeber versichert nach 

Arbeitsende vier Personen duschen. 

Die Projektberichte beider Simulationsvarianten sind in Anhang D.3 dargestellt. 

Die Ergebnisse der Simulation sind in Tab. 9 dargestellt. 

Tabelle 9: Übersicht Simulation 

Variante I Variante II 

Anzahl Kollektoren n Koll 1 2 

Aperturfläche A A [m²] 2,35 4,7 

Deckungsgrad D S [%] 38,4 59,1 

Systemwirkungsgrad η Sys [%] 24,8 21,3 

Mit einem Kollektor wird ein Deckungsgrad von nur 38,4 % erzielt. Es kann selbst im 

Hochsommer keine komplette Deckung des Warmwasserbedarfs mit der Solaranlage 

erzielt werden. 

Mit zwei Kollektoren kann ein Deckungsgrad von 59,1 % erzielt werden. Das liegt im 

angestrebten Bereich für die Trinkwassererwärmung von 50 bis 60 %. Im Sommer 

herrscht ein Überangebot an solarer Wärmeenergie, sodass die komplette 

Trinkwassererwärmung mit den beiden Kollektoren realisiert werden kann. Dabei 

würde ein Deckungsgrad größer als 100 % entstehen. Dies erklärt auch, warum unter 

5.3 für Variante 2 ein Deckungsgrad von weit über 90 % berechnet wurde. Im Winter 

ist der Strahlungsanteil wesentlich geringer, sodass nur eine Deckung von 10 bis 20 

% erreicht wird. Durch das sommerliche Überangebot verschlechtert sich auch der 

Systemwirkungsgrad in Variante 2. 

Trotzdem wird auf Grund der höheren jährlichen Deckungsrate Variante 2 mit zwei 

Kollektoren ausgeführt. 

5.5 Anlagenkonzipierung 

5.5.1 Allgemeines 

Als Rohrwerkstoff für Solarleitungen ist Kupfer prädestiniert. Es ist beständig gegen 

hohe Temperaturen sowie gegen die Solarflüssigkeit. 

Es müssen außerdem eine hochtemperaturbeständige Dämmung sowie 

Dichtungselemente eingesetzt werden, die des Weiteren noch beständig gegen die 

Solarflüssigkeit sind. 

Als Solarflüssigkeit wird ein Wasser-Glykol-Gemisch mit einem Mischungsverhältnis 

von 60 % zu 40 % eingesetzt. Diese ist bei sehr tiefen Temperaturen im Winter 

frostbeständig. 

Ausgeführt wird an Hand der Ergebnisse der Simulation Variante II mit zwei 

Flachkollektoren auroTherm. 

Die Berechnung der Anlage befindet sich in Anhang D.4. 

38

̇ 

̇ 

̇ 

̇ 

5.5.2 Volumenstromberechnung 

Solaranlagen können mit zwei verschiedenen Systemen betrieben werden. 

Das Low-Flow-Prinzip mit einem Standardvolumenstrom ̇ von ca. 8 – 15 l/(m²h) 

wird vor allem bei Großanlagen mit einer Kollektorfläche von mehr als 15 m² 

eingesetzt. Dabei wird eine höhere Temperaturdifferenz sowie ein geringer 

Volumenstrom zum Wärmetransport verwendet. 

Da es sich im Beispiel der Tröger- und Entenmann GmbH um eine Kleinanlage mit 

einer Kollektorfläche von deutlich unter 15 m² handelt, wird das High-Flow-Prinzip 

eingesetzt. Der Standardvolumenstrom ̇ beträgt dabei ca. 30 – 50 l/(m²h), sodass 

bei einem größeren Volumenstrom ein geringeres Temperaturniveau ausreicht, um 

die Wärme von der Solaranlage für die Trinkwassererwärmung zu nutzen. Der 

Kollektorhersteller gibt außerdem als optimalen Standardvolumenstrom ̇ für 

diesen Anwendungsfall 40 l/(m²h) vor. Dieser Wert liegt genau im Betriebsfenster des 

High-Flow-Prinzips. 

Mit der Aperturfläche A A der sowie der Anzahl n Koll der eingesetzten Kollektoren kann 

der nötige Anlagenvolumenstrom ̇ nach Formel 46 berechnet werden. 

Formel 46: Volumenstrom 

n Koll 

A A 

Standardvolumenstrom [l/(m²h)] 


Aperturfläche Kollektor [m²] 

Es ergibt sich daraus ein Anlagenvolumenstrom von 188 l/h. 


Der benötigte Innendurchmesser di wird nach Formel 47 berechnet. 

Formel 47: Innendurchmesser 

√ 

̇ Volumenstrom [m³/s] 

w Richtgeschwindigkeit [m/s] 

π Kreiszahl (Pi) π = 3,14159 

Der Anlagenvolumenstrom wurde bereits nach Formel 46 ermittelt. 

Die Richtgeschwindigkeit w in Solarleitungen sollte zwischen 0,5 und 1,0 m/s gewählt 

werden. Unterschreitungen dürfen auftreten, aber Überschreitungen sollten 

vermieden werden. Als Rohrleitung wird eine DN 15 mit einem Innendurchmesser 

von 16 mm gewählt. 

Die reale Geschwindigkeit v in der Anlage wird zur Kontrolle mit Formel 48 ermittelt. 

39

̇ 

Formel 48: Realgeschwindigkeit 

̇ Volumenstrom [m³/s] 

d i,real realer Innendurchmesser [m] 

π Kreiszahl (Pi) π = 3,14159 

5.5.4 Druckverlustberechnung 

Die Druckverluste in einer Solaranlage setzen sich zusammen aus den 

Druckverlusten der Kollektoren, des Wärmeübertragers im Warmwasserspeicher, der 

Rohrleitung, der Formteile und der Armaturen. 

Der Druckverlust der Kollektoren Δp Koll kann den Herstellerdaten entnommen 

werden. Er beträgt 250 mbar. 

Die Solarpumpe ist bereits im Kompaktgerät integriert. Der Druckverlust des 

Wärmeübertragers wurde berücksichtigt, weil für die Pumpe nur noch eine 

Restförderhöhe angegeben wird. Somit kann er bei dieser Berechnung 

unberücksichtigt bleiben. 

Der Druckverlust der Rohrleitung wird mit Formel 49 berechnet. 

Formel 49: Druckverlust der Rohrleitung 

R Rohrreibungsdruckgefälle [mbar/m] 

l Länge [m] 

R ist das Rohrreibungsdruckgefälle für die ausgewählte Rohrleitung. Es wird aus 

einer entsprechenden Dimensionierungstabelle abgelesen. Die Länge l der 

Rohrleitung ergibt sich aus Addition von Solarvorlauf und Solarrücklauf. 

Da bei einer Solaranlage viele Formteile und Armaturen bei einem kurzen 

Leitungsweg vorhanden sind, können der Druckverlust durch Formteile und 

Armaturen dem Druckverlust durch die Rohrleitung gleichgesetzt werden. 

Somit ergibt sich der Gesamtdruckverlust Δp ges der Anlage nach Formel 50. 

Formel 50: Gesamtdruckverlust 

Δp Koll Druckverlust Kollektoren [mbar] 

Δp R Druckverlust Rohrleitung [mbar] 

Der Gesamtdruckverlust der Anlage beträgt 285 mbar. 

5.5.5 Solarpumpe und Armaturen 

Die Solarpumpe ist bereits im Kompaktgerät auroCompact integriert. Sie besitzt bei 

einem Volumenstrom von 200 l/h einen Förderdruck von 400 mbar. Somit ist die 

integrierte Pumpe für die aktuelle Anlagenspezifikation geeignet. 

40

Ein Rückschlagventil vor der Pumpe zu deren Schutz ist im Kompaktgerät integriert. 

Ebenfalls beinhaltet sind ein Manometer auf der Pumpendruckseite sowie eine Füll- 

und Entleerarmatur. 

5.5.6 Sicherheitstechnik 

Für die Solaranlage wird ein Sicherheitsventil mit einem Ansprechdruck von 6 bar 

eingesetzt, um die Anlage vor zu hohen Drücken zu schützen. 

Um Volumenschwankungen in der Anlage auf Grund von Temperaturänderungen 

auszugleichen und einen Druckanstieg zu vermeiden, wird ein 

Membranausdehnungsgefäß (MAG) eingesetzt. Es hat außerdem die Aufgabe, 

systembedingte Wärmeträgermedienverluste durch das Bereitstellen einer 

Wasservorlage auszugleichen. Das Nennvolumen V N des MAG wird mit folgender 

Formel berechnet: 

Formel 51: Nennvolumen MAG 

V WV 

n Koll 

Sicherheitswärmeträgervorlage [l] 


V Koll Kollektorvolumen [l] 

β Ausdehnungskoeffizient 

V G 

Gesamtvolumen Solarkreislauf [l] 

N Nutzeffekt [%] 

Die Sicherheitswärmeträgervorlage V WV beträgt ca. ein bis zwei Prozent des 

Wärmeträgervolumens, aber mindestens einen Liter. 

Das Kollektorvolumen V Koll eines Flachkollektors auroTherm gibt der Hersteller mit 

1,85 Litern an. Dieses wird mit der Anzahl der Kollektoren n Koll multipliziert. 

Für Wasser-Glykol-Gemische beträgt der Ausdehnungskoeffizient β 0,07 bis 0,1. Um 

einen Sicherheitsspielraum zu haben, wird β = 0,1 gewählt. 

Das Gesamtvolumen des Solarkreislaufes wird nach Formel 52 berechnet. 

Formel 52: Gesamtvolumen Solarkreislauf 

n Koll 


V Koll Kollektorvolumen [l] 

V WÜ Volumen Wärmeübertrager [l] 

V Ar Volumen Armaturen [l] 

V R Volumen Rohrleitung [l] 

Der Inhalt des Wärmeübertragers im Kompaktgerät wird vom Hersteller mit fünf 

Litern angegeben. Für den Inhalt der Armaturen wird ein Liter gewählt. Für die 

Rohrleitung DN 15 mit einem Innendurchmesser von 16 mm für eine Länge von 22 m 

ergibt sich ein Rohrinhalt V R von 15,55 Litern. 

41

Der Nutzeffekt N wird mit Formel 53 berechnet. Er sollte zwischen 30 und 50 % 

liegen. 

Formel 53: Nutzeffekt MAG 

p e Anlagendruck [bar] 

p 0 minimaler Betriebsdruck [bar] 

Der Anlagendruck p e wird auf 0,5 bar unter dem Sicherheitsventilansprechdruck 

eingestellt und beträgt somit 5,5 bar. 

Der minimale Betriebsdruck p 0 ergibt sich aus der Addition des Vordrucks des MAG 

(laut Herstellerangabe 2,5 bar) sowie des Druckes der geodätischen Höhe (Formel 

54). Dieser kann vereinfacht mit 0,1 bar/m angenommen werden. Das MAG befindet 

sich im Hausanschlussraum und der höchste Punkt der Solaranlage ist am oberen 

Ende des Kollektor auf dem Dach. Somit beträgt der Höhenunterschied H = 8 m und 

damit gilt p geo = 0,8 bar. 

Formel 54: minimaler Betriebsdruck 

p v Vordruck MAG [bar] 

p geo 

Druck durch geodätische Höhe [bar] 

Nach Formel 54 ist der minimale Betriebsdruck p 0 = 3,3 bar. 

Da das Kompaktgerät im Erdgeschoss aufgestellt wird, kann auf den Einbau eines 

Vorschaltgefäßes vor dem Ausdehnungsgefäß verzichtet werden. 

Das Mindestvolumen des Ausdehnungsgefäßes muss 21,35 Liter betragen. Es wird 

ein Solar-Ausdehnungsgefäß der Firma Vaillant mit 35 Litern Nutzvolumen 

ausgewählt. 

Die Berechnung des Ausdehnungsgefäßes befindet sich in Anhang D.5. 

5.6 Stillstandszeiten 

Es wird von einer konstanten Warmwasserabnahme über das gesamte Jahr 

ausgegangen. Sollte dies dauerhaft nicht der Fall sein, besteht die Gefahr, dass die 

Anlage mit zwei Kollektoren überdimensioniert ist und besonders im Sommer 

Stillstandszeiten aufweist. 

Die Stillstandstemperatur wird definiert als die Temperatur, die erreicht wird, wenn 

auf den Kollektor bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C eine Strahlungsleistung 

von 1000 W/m² eingebracht wird und eine Stunde lang keine Wärme abgenommen 

wird. Für die eingesetzten Flachkollektoren auroTherm wird diese mit 175 °C 

angegeben. 

Ist die Umgebungstemperatur höher und bzw. oder wird über einen längeren 

Zeitraum keine Wärme abgenommen, kann die erreichte Kollektortemperatur noch 

42

höher werden. Dadurch kann es im Kollektor zum Verdampfen des 

Wärmeträgermediums kommen und es vergrößert sich dessen Volumen. Ein damit 

verbundener Druckanstieg in der Anlage wird vom Ausdehnungsgefäß kompensiert. 

Zum Schutz des Ausdehnungsgefäßes vor der wandernden Dampffront kann ein 

Vorschaltgefäß eingesetzt werden. Dies ist bei Installation nahe den Kollektoren 

unverzichtbar. 

Erfolgt weiterhin keine Abnahme und die Temperatur steigt weiter, kann sich das 

Wasser-Glykol-Gemisch entmischen. Dabei wird es unbrauchbar, sodass es ersetzt 

und die Anlage aufwendig gereinigt werden muss. Durch die zu hohen Temperaturen 

können empfindliche Anlagenteile wie Armaturen oder die Isolierung ebenfalls 

beschädigt werden. 

Die maximale Temperatur im Kollektor wird erreicht, wenn die Wärmeabgabe des 

Kollektors selbst genauso groß ist wie die aufgenommene Strahlungswärme. 

Stillstandszeiten treten in dieser Anlage am Wochenende auf. Wurde der 

Trinkwasserspeicher freitags nach Feierabend zum Duschen noch einmal 

energetisch geleert, kann er samstags wieder aufgeladen werden. Da nachts keine 

solare Einstrahlung erfolgt und sich die Anlage wieder abkühlt, beträgt die maximale 

Stillstandsdauer (z. B. sonntags) einen sonnigen Tag. 

43

6 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen zur Solaranlage 


Ziel der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ist es, festzustellen ob sich der Einbau einer 

thermischen Solaranlage aus finanzieller Sicht für den Auftraggeber lohnt. Dazu wird 

ermittelt, wie viel Erdgas mit der Solaranlage zur Warmwasserbereitung eingespart 

werden kann. Anschließend soll verglichen werden, wann diese Einsparung die 

Investitionssumme überschreitet. Diese Zeit wird als Amortisationszeit bezeichnet. Im 

optimalen Fall ist sie möglichst klein. Um wirtschaftlich wenigstens die Investition zu 

finanzieren, muss die Amortisationszeit mindestens die rechnerische Nutzungsdauer 

erreichen. Unterschreitet sie diese, so ist der Einsatz der Solaranlage finanziell 

sinnvoll. 

Die Wirtschaftlichkeitsberechnung befindet sich in Anhang E. 

6.2 Amortisationszeitberechnung 

6.2.1 Investitionskosten der Solaranlage 

Die Investitionskosten der Solaranlage umfassen die komplette Lieferung und 

Montage aller zugehörigen Bauteile. Dazu zählen die Flachkollektoren, das gesamte 

Montagezubehör (z.B. Aufständerung auf dem Flachdach), die Rohrleitungen, das 

Ausdehnungsgefäß und die Steuer- und Regelungstechnik. 

Zur Vereinfachung wird das Kompaktbrennwertgerät nicht in die 

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung mit aufgenommen, da dieses ebenfalls zur Beheizung 

und Trinkwassererwärmung ohne eine Solaranlage eingesetzt werden kann. 

Solarpumpe sowie Armaturen sind bereits im Gerät enthalten. 

Die Investitionskosten der gesamten Solaranlage ergeben sich aus Addition der 

Kosten für die Flachkollektoren mit Aufständerung und Befestigung, die Rohrleitung 

mit Isolierung, Armaturen, Sicherheitstechnik, Mess- und Regeltechnik sowie 

sonstiges Kleinmaterial, Solarflüssigkeit und Montage. Die Werte wurden 

entsprechend dem Angebot gerundet, da die Abrechnung nach Aufmaß und die 

Montage zum Nachweis erfolgt. Es handelt sich ausschließlich um Nettowerte ohne 

19 % Mehrwertsteuer. 

Es ergibt sich eine Gesamtinvestitionssumme von ca. A 0,ges = 4500 €. 

6.2.2 Jährlich anfallende Kosten der Solaranlage 

Unter den jährlich anfallenden Kosten werden Betriebs-, Wartungs- und 

Instandsetzungskosten zusammengefasst. Da diese jedes Jahr aufzuwenden sind, 

wirken sie der Kosteneinsparung durch einen reduzierten Erdgasverbrauch 

entgegen. 

Nach VDI 2067 können für einzelne Komponenten Aufwandsfaktoren, die sich auf 

die Investitionssumme beziehen, gewählt werden. Zur Vereinfachung werden an 

44

dieser Stelle nur die Kollektoren betrachtet. Dies ist möglich, da sie die 

Hauptkomponenten der Anlage sind. Außerdem verursachen z. B. Rohrleitungen nur 

einen geringeren jährlichen Kostenaufwand. Im Gegensatz dazu ist dieser bei z. B. 

Armaturen, Sicherheitstechnik oder Regeltechnik höher. Die Montagekosten sind nur 

einmal aufzuwenden. In Summe sind dann die gewählten Aufwandsfaktoren für 

Flachkollektoren in etwa gleich denen für die gesamte Anlage. 

Der Aufwandsfaktor für Betriebskosten darf nach VDI 2067 zwischen 1,5 % und 2,5 

% angesetzt werden. Betriebskosten ergeben sich z. B. durch Bedienen der Anlage 

und durch die Aufnahme elektrischer Energie der Solarpumpe. Diese läuft nur, wenn 

Wärme durch Solarstrahlung an den Kollektoren bereitgestellt wird und der 

Warmwasserspeicher Wärme aufnehmen kann. Aus diesem Grund wird f B = 1,5 %/a 

gewählt. 

Für die Kosten für die Wartung der Anlage wird nach VDI 2067, Blatt 1, Tab. A2 für 

Flachkollektoren ein Aufwandsfaktor von 0,5 %/a angegeben. Da die Wartung der 

Solaranlage bereits gegen einen geringen Aufpreis während der Wartung des 

Brennwertgerätes durchgeführt wird, wird f W = 0,5 %/a für die gesamte Solaranlage 

gewählt. 

Für die Kosten für die Instandsetzung der Anlage wird nach VDI 2067, Blatt 1, Tab. 

A2 für Flachkollektoren ebenfalls ein Aufwandsfaktor von 0,5 %/a aufgeführt. Da die 

Flachkollektoren Hauptbestandteil der Solaranlage sind und Pumpen sowie 

Armaturen bereits in das Kompaktgerät integriert sind, wird auch für die gesamte 

Solaranlage f K = 0,5 %/a gewählt. 

Damit können die jährlich anfallenden Kosten A v durch Formel 55 ermittelt werden. 

Formel 55: jährlich anfallende Kosten 

A 0,ges Gesamtinvestitionskosten [€] 

f B globaler Aufwandsfaktor für Betriebskosten [%/a] 

f K globaler Aufwandsfaktor für Instandsetzungskosten [%/a] 

f W globaler Aufwandsfaktor für Wartungskosten [%/a] 

Die jährlich anfallenden Kosten für die Solaranlage betragen 112,50 €/a. 

Deren Berechnung befindet sich in Anhang E.1. 

6.2.3 Erdgas- und Energiekosteneinsparung durch Solaranlage 

Die jährliche solare Energiebereitstellung zur Trinkwassererwärmung durch die 

Solaranlage wird nach Formel 56 berechnet. 

Formel 56: jährliche solare Energiebereitstellung 


D S Deckungsrate [%] 

45

Der jährliche Nutzwärmebedarf Q N,a = 1832 kWh/a zur Trinkwassererwärmung wurde 

bereits unter Punkt 5.2 berechnet. Der Deckungsgrad der Solaranlage nach der 

Simulation mit T-Sol Expert 4.5 (Punkt 5.4) beträgt D S = 59,1 %. 

Somit beträgt die jährliche solare Energiebereitstellung zur Trinkwassererwärmung 

Q sol,E ca. 1083 kWh/a. Dieser Wert kann wetterbedingt und durch variierendes 

Nutzverhalten abweichen. Genaue Ergebnisse kann über mehrere Jahre gemittelt 

nur eine Wärmemengenmessung in der Solaranlage liefern. Für eine erste 

wirtschaftliche Einschätzung ist diese Bedarfsermittlung aber ausreichend. 

Die jährlich eingesparte Endenergie Q e,E kann über den Gesamtjahresnutzungsgrad 

η a,ges nach Formel 57 berechnet werden. Dieser beträgt für das 

Brennwertkompaktgerät für die Trinkwassererwärmung 0,7. 

Formel 57: jährlich eingesparte Endenergie 

Q sol,E jährliche solare Energiebereitstellung zur Trinkwassererwärmung [kWh/a] 

η a,ges Gesamtjahresnutzungsgrad Trinkwassererwärmung [-] 

Somit können durch die Solaranlage etwa 1547 kWh/a an Erdgas eingespart werden. 

Das Volumen an verbrauchtem Erdgas wird über einen Gaszähler gemessen. Um 

dieses rechnerisch bestimmen zu können, benötigt man den Endenergiebedarf sowie 

den Heizwert des Erdgases im Betriebszustand H i,B . 

Das Verhältnis von Brennwert H s (auch oberer Heizwert) zu Heizwert H i (auch 

unterer Heizwert) beträgt ca. 1,11. Somit wird der Heizwert im Betriebszustand H i,B 


Formel 58: Heizwert im Betriebszustand 

H s,B 

Brennwert im Betriebszustand [kWh/m³] 

Mit Hilfe des Brennwertes im Normzustand und dem Dichteverhältnis zwischen 

Betriebs- und Normzustand kann der Brennwert im Betriebszustand H s,B mit Formel 

59 berechnet werden. 

Formel 59: Brennwert im Betriebszustand 

H s,n Brennwert im Normzustand [kWh/m³] 

ρ B Dichte im Betriebszustand [kg/m³] 

ρ n Dichte im Normzustand [kg/m³] 

Der Normzustand für Erdgas ist definiert bei einer Umgebungstemperatur von 0 °C 

und einem Luftdruck von 1013 hPa. Daraus ergibt sich der Brennwert im 

46

Normzustand von H s,n = 11,1 kWh/m³ und die Normdichte von ρ n = 0,75 kg/m³. Das 

gelieferte Erdgas besitzt eine Dichte von ρ B = 0,65 kg/m³. 

Das jährlich eingesparte Erdgasvolumen kann über Formel 60 bestimmt werden. 

Formel 60: jährlich eingespartes Erdgasvolumen 

Q Gas,E jährlich eingesparte Endenergie [kWh/a] 

H i,B Heizwert im Betriebszustand [kWh/m³] 

Aus dieser Rechnung wird ermittelt, dass pro Jahr ca. 178,5 m³ Erdgas eingespart 

werden können. 

Es wird sich zur Bedarfsermittlung auf Annahmen gestützt, deren Einhaltung nicht 

abgesichert sind. Dieser Wert kann deshalb durch witterungsbedingte 

Schwankungen – z. B. einen Sommer mit nur geringer Sonnenscheindauer – oder 

ein variierendes Nutzerverhalten – z. B. duschen nicht regelmäßig vier Personen, 

sondern weniger – auch stark abweichen. 

Die vom Energieversorger abgerechnete Erdgasenergie in €/kWh wird auf den 

Brennwert im Betriebszustand bezogen. Deshalb muss die jährlich eingesparte 

Erdgasenergie für die Abrechnung nach Formel 61 berechnet werden. 

Formel 61: jährlich eingesparte Erdgasenergie 

V Gas,E jährlich eingespartes Erdgasvolumen [kWh/a] 

H s,B Brennwert im Betriebszustand [kWh/m³] 

Die Erdgas- sowie Energieeinsparungen werden in Anhang E.2 berechnet. 

6.2.4 Einsparungen unter Einfluss der Preisänderung 

Die Anschlussgebühr fällt mit und ohne Solaranlage an, da das meiste Erdgas durch 

die Raumheizung verbraucht wird. Der Anteil von Trinkwasser ist dagegen 

vergleichsweise gering. Somit werden die Gebühr für Gasanschluss und Gaszähler 

nicht berücksichtigt, da sie sich nicht auf die Einsparung auswirken. 

Um eine Erhöhung des Erdgaspreises über die Nutzungsdauer T N der Solaranlage 

zu berücksichtigen, muss ein Preisänderungssatz j gewählt werden. Nach Formel 62 

kann daraus der Preisänderungsfaktor r ermittelt werden. 

Formel 62: Preisänderungsfaktor 

j Preisänderungssatz [%/a] 

Da die Preissteigerung von Erdgas von vielen Faktoren abhängig ist, werden in Tab. 

10 verschiedene Preisänderungssätze als Variantenvergleich aufgezeigt. 

47

Tabelle 10: Preissteigerung Erdgas - Varianten 

Variante Preissteigerung j [%/a] r [-] 

A ohne 0,0 1 

B gering 3,0 1,03 

C moderat 5,0 1,05 

D hoch 7,5 1,075 

E sehr hoch 10,0 1,1 

Eine Einsparung wird nur durch nicht verbrauchtes Erdgas zur 

Trinkwassererwärmung durch die Solaranlage erzielt. Sie berechnet sich nach 

Formel 63. 

Formel 63: jährliche durchschnittliche Einsparung 

Q Gas,E jährlich eingesparte Erdgasenergie [kWh/a] 

k Gas spezifische Erdgaskosten [€/kWh] 

r Preisänderungsfaktor [-] 

T N rechnerische Nutzungsdauer [a] 

Die spezifischen Erdgaskosten wurden beim Auftraggeber erfragt. Sie betragen 

0,056 €/kWh. 

Der Preisänderungsfaktor r ist in Tab. 10 für fünf verschiedene Varianten aufgeführt. 

Die rechnerische Nutzungsdauer einer Solaranlage beträgt nach VDI 2067, Blatt 1, 

Tab. A2 20 Jahre. 

6.2.5 Berechnung der Amortisationszeit 

Um die gesamte Kosteneinsparung KE zu berechnen, müssen nun von der jährlich 

größer werdenden Einsparung durch den verminderten Erdgasverbrauch die 

jährlichen Betriebs- und Wartungskosten der Solaranlage abgezogen werden (siehe 

Formel 64). 

Formel 64: Kosteneinsparung 

E 

A v 

jährliche durchschnittliche Einsparung [€/a] 

jährlich anfallende Kosten Solaranlage [€/a] 

Die Berechnung der jährlichen Kosteneinsparung befindet sich in Anhang E.3. 

Die Amortisationszeit der Solaranlage wird nun nach Formel 65 berechnet. 

Formel 65: Amortisationszeit 

A 0,ges 

KE 

Gesamtinvestitionskosten 

Kosteneinsparung 

48

Die Ermittlung der Gesamtinvestitionskosten erfolgte unter Punkt 6.2.1 und die 

Berechnung der Kosteneinsparung nach Formel 64. 

Die Berechnung der Amortisationszeiten befindet sich in Anhang E.4. 

Die berechneten Kosteneinsparungen (Anhang E.3) und daraus resultierenden 

Amortisationszeiten (Anhang E.4) in Abhängigkeit von der Erdgaspreissteigerung 

sind in Tab. 11 dargestellt. 

Tabelle 11: Kosteneinsparungen und Amortisationszeit 

Variante Kosteneinsparung KE [€/a] Amortisationszeit T A [a] 

A -16,36 keine 

B 61,51 74 

C 142,60 32 

D 295,91 15 

E 534,31 8 

6.3 Ergebnisauswertung 

Damit die Solaranlage eine finanziell wirtschaftlich sinnvolle Investition ist, müssen 

die Einsparungen während der Nutzungsdauer unter Berücksichtigung von 

Erdgaspreissteigerungen die Investitionskosten übersteigen. Das bedeutet, die 

Amortisationszeit muss kleiner sein als die rechnerische Nutzungsdauer, um eine 

Wirtschaftlichkeit zu erzielen. 

In Variante A wird mit einem konstanten Erdgaspreis über 20 Jahre gerechnet. Die 

Kosteneinsparung KE nimmt einen negativen Wert an. Das bedeutet, dass die 

jährlich anfallenden Kosten für Betrieb, Wartung, Inspektion und Instandsetzung der 

Solaranlage die Einsparung durch den verminderten Erdgasverbrauch überschreitet. 

Es fallen jährlich mehr Kosten an, als eingespart wird. Somit ist für diese Anlage 

keine Amortisation möglich. Beim Einsetzen in Formel 65 würde sich eine negative 

Amortisationszeit ergeben. Dies wäre kein sinnvolles Ergebnis. Somit kann für 

Variante A keine Amortisation stattfinden. 

In Variante B mit einer Preissteigerung von 3 %/a reichen die Einsparungen aus, um 

die jährlich anfallenden Kosten zu decken. Die Investitionskosten können aber nicht 

einmal annähernd erreicht werden, sodass die Amortisationszeit 74 Jahre beträgt. 

Mit 5 %/a Preissteigerung wird in Variante C immerhin eine Amortisation nach 32 

Jahren erzielt. Damit können die Investitionskosten aber ebenfalls nicht innerhalb der 

Nutzungsdauer eingespart werden. 

Dies wird erst in Variante D mit einer Preissteigerung von 7,5 %/a erreicht. Die 

Anlage amortisiert sich etwa 5 Jahre vor Ende der Nutzungsdauer. Somit macht 

diese auch aus finanzieller Sicht Sinn. 

In Variante E beträgt die Amortisationszeit nur 8 Jahre. Dies entspricht weniger als 

der halben Nutzungsdauer. Die Investitionskosten wurden durch die Einsparungen 

49

abgedeckt, sodass alle Einsparungen ab dem 9. Nutzungsjahr als „indirekte 

Gewinne“ bezeichnet werden können. In dieser Variante wurde aber mit einem sehr 

hohen Preissteigerungssatz von 10 %/a gerechnet. 

Leider ist es nicht möglich, einen Preisänderungssatz über einen Zeitraum von 

mehreren Jahren oder sogar Jahrzehnten vorherzusagen oder zu berechnen. Darum 

wurden in den Varianten A bis E verschiedene Szenarien aufgezeigt. Dass der Preis 

konstant bleibt, ist auf Grund von schwindenden Ressourcen, erhöhtem Verbrauch 

und Inflation sehr unwahrscheinlich. Ebenso wird es kaum eine sehr hohe 

Preissteigerung geben, außer es treten gravierende Ereignisse wie 

Naturkatastrophen, Kriege oder politische Krisen auf, die die Erdgasförderung stark 

beeinträchtigen. 

Die realistischen Preissteigerungsvarianten sind die Varianten B und C. In den 

nächsten Jahren kann davon ausgegangen werden, dass der Gaspreis durch 

Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Erdgasgewinnung („Fracking“) eher gering 

steigt. Wie sich die Problematik aber in 10 oder 15 Jahren verhält, ist heute noch 

nicht abzusehen. 

Der Einsatz einer Solaranlage sollte jedoch nicht nur von finanziellen Betrachtungen 

abhängig gemacht werden. 

Ein weiterer Grund für den Einsatz einer Solaranlage ist die Erfüllung der EnEV-und 

EEWärmeG-Vorgaben. Diese sind Gesetz und bei Nichteinhaltung können 

empfindliche Geldstrafen drohen. Es ist außerdem die nachträgliche Einleitung 

geforderter Maßnahmen zu realisieren, sodass ebenfalls Kosten entstehen. 

Ein entscheidender Vorteil ist die Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen im 

Sommer. Kann der Warmwasserbedarf von der Solaranlage gedeckt werden, ist kein 

Erdgas für eine zusätzliche Trinkwassererwärmung nötig. Damit können gleichzeitig 

Brennerstarts vermieden werden und das Gerät wird geschont, sodass sich dessen 

Lebensdauer verlängern kann. 

Der nächste Aspekt für eine Solaranlage ist die Umweltverträglichkeit. Jeder 

eingesparte Kubikmeter Erdgas entspricht vermiedenen Schadstoffen, die in die 

Atmosphäre geleitet werden. Somit unterstreicht eine Solaranlage eine 

umweltfreundliche Philosophie des Betreibers einfach nur dadurch, dass sie auf dem 

Dach gut sichtbar installiert ist und funktioniert. 

Bei der Entscheidung für oder gegen eine Solaranlage sollte demnach nicht nur die 

Wirtschaftlichkeit im Vordergrund stehen, sondern alle Faktoren berücksichtigt 

werden. 

50

Fazit 

In dieser Diplomarbeit wurde die Planung der versorgungstechnischen Anlage eines 

Bürogebäudes durchgeführt. Die Beheizung ist mit einem Brennwertgerät und einer 

Warmwasserheizung mit Heizkörpern technisch und energetisch sinnvoll möglich. 

Problemstellungen an die Trinkwasserhygiene wurden berücksichtigt, sodass die 

Anlage gefahrlos betrieben werden kann. 

Auf den Fall einer sommerlichen Kühlung zur Schaffung eines angenehmen 

Arbeitsklimas auch bei hohen Außentemperaturen wurde eingegangen, sodass 

daraus entsprechend eine Multisplit-Anlage ausgelegt werden kann. Eine komplette 

Planung dieser würde den Rahmen dieser Arbeit sprengen. 

Für die Trinkwassererwärmung wurde eine Solaranlage geplant. Zur Entscheidung 

der Kollektoranzahl wurde eine Variantenuntersuchung einschließlich Simulation 

beider Varianten durchgeführt. Aus deren Ergebnissen wurde sich für den Einsatz 

zweier Flachkollektoren entschieden. 

Die versorgungstechnische Planung des Bürogebäudes ist für die Gewerke Heizung, 

Sanitär und Solar abgeschlossen. Ebenso wurde die Möglichkeit zur Entlüftung 

innenliegender Sanitärräume dargestellt. Projektspezifische Besonderheiten wurden 

berücksichtigt und die entsprechende Planung fachgerecht ausgeführt. 

Abschließend wurde untersucht, ob die thermische Solaranlage zur 

Warmwasserbereitung eine finanziell sinnvolle Investition ist und die Einsparungen 

über die Nutzungsdauer die Höhe der Investitionskosten überschreiten. In dieser 

Untersuchung konnte man feststellen, dass die Wahl des Preissteigerungssatzes für 

Erdgas das Ergebnis entscheidend beeinflusst. So wird bei der Wahl einer 

entsprechend großen Preissteigerung eine Amortisation nach bereits 8 Jahren 

erreicht. Diese wird aber kaum der Realität entsprechen. Bei geringeren 

Preissteigerungen ist eine Amortisation innerhalb von 20 Jahren nicht möglich und es 

ist anzunehmen, dass der Erdgaspreis in den nächsten Jahren nur langsam steigt. 

Wie er sich aber in 10 Jahren entwickeln wird, ist nicht vorherzusehen. 

Zum Schluss kann gesagt werden, dass sich die Investition in eine Solaranlage 

durchaus lohnt, wenn andere Aspekte betrachtet werden. Das sind z. B. gesetzliche 

Vorgaben, die Umweltfreundlichkeit dieser Technologie sowie die Unabhängigkeit 

von fossilen Energieträgern, zumindest in den Sommermonaten. Diese Kriterien 

müssen bei der Entscheidung für oder gegen eine Solaranlage ebenfalls 

berücksichtigt werden und nicht nur die finanziellen Aspekte. 

Deshalb kann zum Schluss folgende Frage gestellt werden: „Wenn man sich eine 

neue Küche oder ein neues Auto leistet, wer fragt da schon nach der 

Amortisationszeit?“ 

51

Anhangsverzeichnis 

Anhang A Berechnung der Heizungsanlage 

Anhang A.1 Heizlastberechnung nach DIN EN 12831, Beiblatt 1 und 

Heizkörperauswahl 

Anhang A.2 Rohrnetzberechnung Heizungsanlage 

Anhang B Berechnung der Sanitäranlage 

Anhang B.1 Berechnung Warmwasserbereiter 

Anhang B.2 Rohrnetzberechnung Trinkwasser nach DIN 1988-300 

Anhang B.3 Rohrnetzberechnung Abwasser nach DIN EN 12056-2 und DIN 

1986 

Anhang C Kühllastberechnung nach VDI 2078 

Anhang D Berechnung der Solaranlage 

Anhang D.1 Erstauslegung 

Anhang D.2 Variantenvergleich 

Anhang D.3 Simulation 

Anhang D.4 Anlagenberechnung 

Anhang D.5 Berechnung des Ausdehnungsgefäßes 

Anhang E Wirtschaftlichkeitsberechnungen 

Anhang E.1 Berechnung der jährlich anfallenden Kosten 

Anhang E.2 Berechnung der Erdgaseinsparung 

Anhang E.3 Berechnung der Einsparung unter Einfluss der Preisänderung 

Anhang E.4 Berechnung der Amortisationszeit 

Anhang F Zeichnungen 

Anhang F.1 Grundrisse 

Anhang F.2 Schemata 

52

Literaturverzeichnis 

ASR A 3.6 

DIN 1986-100 

DIN 1988-300 

DIN 18017-3 

DIN EN 12056-2 

DIN EN 12831 Beiblatt 1 

DVGW W 551 

Energieeinsparverordnung (EnEV) 

Gesetz zur Förderung Erneuerbarer Energien im Wärmebereich (EEWärmeG) 

persönliche Unterlagen „Energetische Systemanalyse“ 

persönliche Unterlagen „Grundlagen alternativer Energien“ 

persönliche Unterlagen „Heizungstechnik“ 

persönliche Unterlagen „Lüftungs- und Klimatechnik“ 

persönliche Unterlagen „Wasser- und Abwassertechnik“ 

Planungsinformation Vaillant auroTherm 

Planungsinformation Vaillant Brennwert 

VDI 2067, Blatt 1 

VDI 2078 

Online: www.eins-energie.de (06.08.2013) 

53

Ehrenwörtliche Erklärung 

„Hiermit erkläre ich ehrenwörtlich, 

1. dass ich meine Diplomarbeit mit dem Thema „Versorgungstechnische Planung 

und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung eines Bürocontainer-Neubaus der Tröger und 

Entenmann GmbH“ ohne fremde Hilfe angefertigt habe, 

2. dass ich die Übernahme wörtlicher Zitate aus der Literatur sowie die Verwendung 

der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen innerhalb der 

Arbeit gekennzeichnet habe und 

3. dass ich meine Diplomarbeit bei keiner anderen Prüfung vorgelegt habe. 

Ich bin mir bewusst, dass eine falsche Erklärung rechtliche Folgen haben wird.“ 

Wüstenbrand, 13.08.2013 

___________________ 

Eric Grabosch 

54

Versorgungstechnische Planung und Wirtschaftlichkeitsberechnung ...

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