Grundlagen/Brauchwasser-Zapfprofile: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 7. November 2026, 10:44 Uhr

Ein Zapfprofil beschreibt, wann und wie viel warmes Trinkwasser in einem Gebäude gezapft wird – Stunde für Stunde über das Jahr. Der Zapfprofilgenerator von EPOS-Plan bildet es aus Nutzungsbereichen nach dem Ansatz der VDI 6002: Je Bereich bestimmen Nutzungsart, Bezugsgröße und Bedarfsniveau die Tagesmenge, ein Tagesgang verteilt sie auf die Stunden, Wochen- und Monatsfaktoren auf das Jahr. Diese Seite erklärt, woraus sich ein Zapfprofil zusammensetzt, warum Stundenmittel und Lastspitzen verschiedene Fragen beantworten, wie aus vielen einzelnen Zapfungen die Gleichzeitigkeit entsteht und wie man mit der Summenlinie Speicher und Ladeleistung zueinander findet. Die Bedienung beschreibt Programm Dokumentation/Brauchwasser-Zapfprofil.

Worum es geht

Der Warmwasserbedarf bestimmt den Sommerbetrieb der Wärmeerzeuger allein und entscheidet oft über Speichergröße und Ladeleistung. Dafür reicht eine Jahressumme nicht: Ein Wohnhaus zapft morgens und abends, ein Hotel zur Frühstückszeit, eine Sporthalle nach dem Training. Das Zapfprofil liefert diese Gleichzeitigkeit, und mit ihr die Spitzen, die Speicher und Erzeuger abdecken müssen.

Die Energie einer Zapfung folgt aus Volumen und Temperaturhub: $Q = V \cdot ρ \cdot c_{p} \cdot (ϑ_{Z a p f} - ϑ_{K W})$ . Weil das Kaltwasser im Sommer wärmer ist als im Winter, ändert sich die Energie bei gleichem Volumen über das Jahr; EPOS-Plan führt dafür einen Jahresgang des Kaltwassers mit Jahresmittel und Amplitude. Die Bestandsprofile des Katalogs für Hotel, Büro, Sportstätte und Schule bilden ihren Monatsgang aus Nutzungsfaktor und demselben Kaltwassergang (10 °C ± 3 K, Maximum im August, fest auf 60/10 °C); siehe Grundlagen/Brauchwasser.

Prinzipbild: Tagesgang einer Wohnbereich mit Morgen- und Abendspitze, Werktag und Sonntag; Feiertage tragen den Sonntagsgang.

Kaltwasser über das Jahr

Das Trinkwasser kommt aus Leitungen im Erdreich, und deren Temperatur folgt dem Jahresgang des Bodens mit einigen Wochen Verzug. Der Generator rechnet die Kaltwassertemperatur je Monat als Kosinus um ein Jahresmittel und daraus einen Faktor, mit dem die Zapfenergie des Monats gegenüber dem Jahresmittel wächst oder sinkt:

$ϑ_{K W} (m) = {\bar{ϑ}}_{K W} + A \cdot \cos (2 π \cdot \frac{m - m_{m a x}}{12}) f_{K W} (m) = \frac{ϑ_{Z a p f} - ϑ_{K W} (m)}{ϑ_{Z a p f} - {\bar{ϑ}}_{K W}}$

mit dem Jahresmittel ${\bar{ϑ}}_{K W}$ , der Amplitude $A$ und dem Monat $m_{m a x}$ des wärmsten Kaltwassers. Der mitgelieferte Katalog setzt 10 °C, 3 K und August. Liegt die Zapftemperatur in einem Monat nicht über dem Kaltwasser, lehnt der Generator die Eingabe mit einer Meldung ab.

Beispiel. Mit 60 °C Zapftemperatur ist das Kaltwasser im Februar 10 − 3 = 7 °C und im August 13 °C. Derselbe Liter braucht im Februar 53 / 50 = 1,06-mal, im August 47 / 50 = 0,94-mal die Energie des Jahresmittels – ein Unterschied von zwölf Prozent zwischen Winter und Sommer, allein aus dem Kaltwasser.

So rechnet EPOS-Plan

Nutzungsbereiche. Jeder Bereich trägt eine Nutzungsart aus dem Katalog (etwa Wohnen, Büro, Hotel) und eine Bezugsgröße in deren Einheit – Personen, Wohneinheiten, Zimmer, Betten, Beschäftigte oder Fläche. Das Bedarfsniveau niedrig, mittel oder hoch wählt den spezifischen Bedarf.
Deterministischer Weg. Die Stundenreihe entsteht aus Tagesgang, Wochenanteilen und zwölf Monatsfaktoren. Derselbe Eingabestand ergibt immer dieselbe Reihe.
Stochastischer Weg. Für jede Nutzungseinheit werden einzelne Zapfereignisse gezogen – Kurzzapfung, Spüle, Dusche, Bad mit Volumenstrom, Dauer und Streuung – und nach dem Tagesgang verteilt. Die Gleichzeitigkeit vieler Einheiten entsteht dabei von selbst. Der Seed ist die Startzahl der Ziehung: Derselbe Seed liefert auf jedem Rechner dieselbe Reihe. Die Realisierungen sind die Zahl der gezogenen Jahre für die Konsistenzprobe; die Jahresenergie ist auf den deterministischen Weg abgeglichen.
Kalender. Der Samstag trägt den Samstagsgang, Sonntage und Feiertage tragen den Sonntagsgang. Feiertage gelten bundeseinheitlich, mit dem Feiertagsland des Gebäudes kommen dessen Landesfeiertage hinzu. Wie Wochentage und bewegliche Feiertage im Jahr liegen, beschreibt Gemeinjahr und Feiertage. Ferienzeiträume senken den Bedarf.
Bilanzgrenze und Zirkulation. Gerechnet wird die Zapfenergie an der Zapfstelle; die Zirkulation läuft als eigene Teilreihe daneben. Beide zusammen gehen als Brauchwasserbedarf in die Simulation.

Tagesmenge und Stundenreihe

Die Tagesmenge eines Bereichs ist die Bezugsgröße mal dem spezifischen Bedarf des gewählten Niveaus. Der Tagesgang verteilt sie mit 24 Stundenanteilen je Tagtyp – Werktag, Samstag, Sonn- und Feiertag –, die Wochenanteile gewichten die sieben Wochentage, die Monatsfaktoren den Jahresgang der Auslastung, und der Kaltwasserfaktor rechnet die Energie des Monats um. Der Kalender verteilt die Jahresmenge um, er ändert die Summe nicht: Ein Ferientag mit dem Faktor 0 gibt seine Menge an die übrigen Tage ab. Ein Jahresmesswert skaliert den Bereich mit einem ausgewiesenen Faktor auf den gemessenen Verbrauch.

Beispiel. Ein Bereich „Wohnen groß“ mit 40 Personen im Niveau mittel hat 40 × 1,62 = 64,8 kWh am Tag. Der Tagesgang des Werktags legt 7,6 Prozent auf die Stunde von 6 bis 7 Uhr und 8,1 Prozent auf die Stunde von 20 bis 21 Uhr: 4,9 und 5,2 kWh als Stundenmittel. Das Jahr hat rund 64,8 × 365 = 23,6 MWh; Wochentage, Ferien und Monate verschieben, wann diese Menge anfällt.

Zapfereignisse und Gleichzeitigkeit

Ein Stundenmittel verschweigt, wie Warmwasser wirklich gebraucht wird: in kurzen, kräftigen Zapfungen. Eine Dusche mit 8 Litern je Minute über 5 Minuten braucht 40 Liter, bei 60/12 °C rund 2,2 kWh – während der Zapfung aber eine Leistung von 8 × 60 × 1,163 × 48 / 1 000 = 27 kW. Ein ganzes Mehrfamilienhaus braucht in seiner stärksten Stunde im Mittel nur rund 5 kW. Ob ein Speicher, eine Frischwasserstation oder ein Durchlauferhitzer reicht, entscheidet deshalb, wie viele solche Zapfungen sich überlagern.

Der stochastische Weg zieht diese Zapfungen einzeln. Jede Nutzungsart führt Zapfkategorien mit mittlerem Volumenstrom, Streuung, Dauer, Anteil und einer Obergrenze des Volumenstroms. Der mitgelieferte Katalog setzt für Wohnen vier Kategorien – Kurzzapfung (1 l/min, 1 min), mittlere Zapfung (6 l/min, 1 min), Wannenbad (14 l/min, 10 min) und Dusche (8 l/min, 5 min) – als Modellannahme nach einer verbreiteten Parametrik für Wohngebäude (IEA SHC Task 26), für Nichtwohnen zwei: eine Kurzzapfung am Waschtisch und eine Duschzapfung. Aus vielen gezogenen Tagen entsteht eine Verteilung, aus der die Auslegung ein Perzentil liest: P95 heißt, 95 von 100 gezogenen Tagen bleiben darunter. Die Gleichzeitigkeit ist das Verhältnis der Spitze aller Einheiten zur Summe ihrer Einzelspitzen,

$G L F = \frac{P_{95} (\sum_{i} x_{i})}{\sum_{i} P_{95} (x_{i})}$ ,

und sie entsteht aus der Ziehung; einen Eingabefaktor gibt es nicht. Je mehr Einheiten zapfen, desto kleiner wird sie, weil sich die Zapfungen über die Zeit verteilen: Zehn Wohnungen duschen selten alle in derselben Viertelstunde.

Beispiel. Eine Wohnung hat an 95 von 100 Tagen eine größte Minute unter 27 kW – eine Dusche. Zehn Wohnungen hätten ohne Gleichzeitigkeit 270 kW; gezogen bleiben sie etwa bei drei gleichzeitigen Duschen, rund 80 kW, eine Gleichzeitigkeit von 0,3 (Beispielwerte, kein Ergebnis eines Laufs). Ein Durchfluss- oder Frischwassersystem muss diese Minutenspitze liefern, ein Speicher puffert sie.

Wann welcher Weg? Für Jahresbilanz und Simulation der Anlage genügt das Mittelwertprofil; es ist glatt und wiederholbar. Für die Auslegung von Speicher, Ladeleistung und Station zählen die Spitzen der gezogenen Tage. Wer die Anlage mit einem gezogenen Jahr rechnen will, wählt den Rechenweg Zapfereignisse (stochastisch); dann geht das Jahr zum Seed in die Bilanz, auf die Jahresmenge des Mittelwertprofils gebracht.

Speicher und Ladeleistung: die Summenlinie

Ein Speicher muss die Zeit überbrücken, in der mehr gezapft als nachgeladen wird. Das Summenlinienverfahren macht das sichtbar: Die Bedarfslinie summiert die Zapfenergie eines Auslegungstags über die Uhrzeit auf, die Versorgungslinie das, was der Erzeuger mit seiner Ladeleistung nachliefern kann. Wo die Bedarfslinie steiler steigt als die Versorgungslinie, leert sich der Speicher; der größte Abstand, den die Zapfung der Ladung in einem Abschnitt des Tages voraus ist, ist der nötige Speicherinhalt:

$S (P) = \max_{t_{1} < t_{2}} (B (t_{2}) - B (t_{1}) - P \cdot (t_{2} - t_{1}))$

mit der Bedarfslinie $B (t)$ und der Ladeleistung $P$ . Jede Ladeleistung hat ihren Speicher: Mit dem Tagesmittel als Ladeleistung muss der Speicher die ganze Verschiebung zwischen Nacht und Abend tragen, mit der größten Stundenleistung braucht er im Stundenraster fast nichts. Die Kurve der Wertepaare aus Speicher und Ladeleistung ist die Auswahl, aus der der Planer wählt.

Links die Bedarfslinie eines Werktags mit 64,8 kWh und die Versorgungslinie mit dem Tagesmittel von 2,7 kW; der größte Abstand ist der Speicherinhalt von 13,4 kWh. Rechts der nötige Speicherinhalt über der Ladeleistung. Prinzipbild im Stundenraster, Tagesgang und Tagesbedarf der Nutzungsart Wohnen groß.

Beispiel. Der Werktag mit 64,8 kWh hat ein Tagesmittel von 2,7 kW und eine stärkste Stunde von 5,2 kWh. Lädt der Erzeuger gleichmäßig mit 2,7 kW, braucht der Tag 13,4 kWh Speicher, bei 60/12 °C rund 240 Liter; mit 3 kW sind es 8,6 kWh, mit 4 kW nur 2,3 kWh. Im Stundenraster sieht das klein aus. Die Auslegung im Programm rechnet deshalb im Minutentakt mit einem Bedarfstag, der die Zapfspitzen enthält, und kommt auf deutlich größere Speicher.

Die Auslegung in EPOS-Plan. Die Auslegung fasst die Bereiche nach der Art ihrer Versorgung zu Gruppen – Speicher, Frischwasserstation, Durchfluss oder Wohnungsstation – und rechnet je Gruppe einen Auslegungspunkt. Für Speicher rechnet sie die Summenlinie nach DIN EN 12831-3 (Trinkwassererwärmungsanlagen, Heizlast und Bedarfsbestimmung) im Minutentakt, mit dem Ladungsfaktor der Speicherbauart, der Zeitverzögerung der Erzeugerart und der Heizmittelübertemperatur; für Gruppen ohne Speicher zählt die größte Minutenleistung. Der Bedarfstag kommt für Wohnen aus der Bedarfskennzahl nach DIN 4708 (Zentrale Wassererwärmungsanlagen), sonst aus einem konstruierten Tag, aus den Lastprofilen der Verordnung (EU) Nr. 814/2013 oder aus der Ziehung der Zapfereignisse, deren Perzentil P95 oder P99 dann die Auslegungsgröße bestimmt. Ein nachrichtlicher Verfahrensvergleich stellt die Speichervolumen nach mehreren Verfahren nebeneinander. Die Einzelheiten stehen unter Brauchwasser-Zapfprofil: Auslegung.

Eingaben und Wirkung

Eingabe	Wirkung
Nutzungsart, Bezugsgröße, Bedarfsniveau	Tagesmenge des Bereichs
Tagesgang, Wochenanteile, Auslastungsgang	Lage der Spitzen im Tag, Unterschied Werktag – Wochenende, Saison
Zapftemperatur, Kaltwasser (Jahresmittel, Amplitude)	Energie je Liter über das Jahr
Rechenweg, Seed, Realisierungen	deterministische oder stochastische Jahresreihe, Wiederholbarkeit
Jahresmesswert	skaliert den Bereich auf einen gemessenen Verbrauch
Zirkulation	eigener, nahezu gleichmäßiger Verlustposten
Zapfkategorien und Streuung	Höhe und Dauer der einzelnen Zapfungen, damit Minutenspitzen und Gleichzeitigkeit
Topologie, Ladeleistung, Ladefenster, Speichertemperatur	Auslegungspunkt aus Speicherinhalt und Leistung; ohne Wirkung auf die Bilanzreihe

Fallstricke

Zimmer und Betten sind verschiedene Bezugsgrößen; ein Doppelzimmer ist ein Zimmer mit zwei Betten.
Ein anderer Seed ergibt ein anderes, gleich wahrscheinliches Jahr. Wer Varianten vergleicht, hält den Seed fest.
Der stochastische Weg zeigt Spitzen, die der deterministische glättet – für die Auslegung von Speicher und Ladeleistung ist er der aussagekräftigere.
Die Zirkulation kann in Mehrfamilienhäusern einen großen Teil des Warmwasserbedarfs ausmachen; sie gehört in die Bilanz.
Ein Speicher, der auf die stärkste Stunde des Mittelwertprofils ausgelegt ist, reicht an Tagen mit gehäuften Zapfungen nicht; die Auslegung nimmt ein Perzentil der gezogenen Tage oder einen Bedarfstag mit Minutenspitzen.

Weiterführend

Programm Dokumentation/Brauchwasser-Zapfprofil – Bereiche, Stufen, Stochastik, Auslegung und Kalibrierung im Dialog
Programm Dokumentation/Betriebskalender – Feiertage und Ferien auf Wochenprofilen
Wärmebedarfsrechnung: Warmwasser – Warmwasser im Wärmebedarf
Grundlagen/Pufferspeicher – Speicher und Bereitschaftsverluste
Brauchwasser – Zapfung, Zirkulation, Desinfektion und der Weg der Bestandsprofile

@@ Zeile 9: / Zeile 9: @@
 Der Warmwasserbedarf bestimmt den Sommerbetrieb der Wärmeerzeuger allein und entscheidet oft über Speichergröße und Ladeleistung. Dafür reicht eine Jahressumme nicht: Ein Wohnhaus zapft morgens und abends, ein Hotel zur Frühstückszeit, eine Sporthalle nach dem Training. Das Zapfprofil liefert diese Gleichzeitigkeit, und mit ihr die Spitzen, die Speicher und Erzeuger abdecken müssen.
-Die Energie einer Zapfung folgt aus Volumen und Temperaturhub: <math>Q = V \cdot \rho \cdot c_{\mathrm{p}} \cdot (\vartheta_{\mathrm{Zapf}} - \vartheta_{\mathrm{KW}})</math>. Weil das Kaltwasser im Sommer wärmer ist als im Winter, ändert sich die Energie bei gleichem Volumen über das Jahr; EPOS-Plan führt dafür einen Jahresgang des Kaltwassers mit Jahresmittel und Amplitude.
+Die Energie einer Zapfung folgt aus Volumen und Temperaturhub: <math>Q = V \cdot \rho \cdot c_{\mathrm{p}} \cdot (\vartheta_{\mathrm{Zapf}} - \vartheta_{\mathrm{KW}})</math>. Weil das Kaltwasser im Sommer wärmer ist als im Winter, ändert sich die Energie bei gleichem Volumen über das Jahr; EPOS-Plan führt dafür einen Jahresgang des Kaltwassers mit Jahresmittel und Amplitude. Die Bestandsprofile des Katalogs für Hotel, Büro, Sportstätte und Schule bilden ihren Monatsgang aus Nutzungsfaktor und demselben Kaltwassergang (10 °C ± 3 K, Maximum im August, fest auf 60/10 °C); siehe [[Grundlagen/Brauchwasser]].
 [[Datei:Zapfprofil_Tagesgang.svg|mini|zentriert|800px|Prinzipbild: Tagesgang einer Wohnbereich mit Morgen- und Abendspitze, Werktag und Sonntag; Feiertage tragen den Sonntagsgang.]]

Epos (Diskussion | Beiträge)