Kaltwassertemperaturen unter 20 °C? – Was ist möglich und was nicht?

Das Verkeimungsrisiko des Trinkwassers mit Legionellen wurde in der Vergangenheit in erster Linie im Trinkwassererwärmer und in den zugehörigen Warmwasser- bzw. Zirkulationsleitungen gesehen. Die Trinkwasserverordnung (TrinkwV) regelte daher die gesetzliche Untersuchungspflicht auf Legionellen nur für Großanlagen zur Trinkwassererwärmung. Publikationen spätestens ab Mitte 2010 machen aber deutlich, dass Kontaminationen mit Legionellen nicht nur im erwärmten Trinkwasser, sondern auch im kalten Trinkwasser (PWC) erwartet werden müssen [1]. Mittlerweile hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, dass die althergebrachten Bau- und Installationsmethoden für die festgestellten trinkwasserhygienischen Auffälligkeiten im kalten Trinkwasser maßgeblich mitverantwortlich sind. Zur Sicherstellung hygienisch einwand­freier Verhältnisse, auch im kalten Trinkwasser, müssen daher sowohl die Installationstechniken für die Verlegung der Leitungen als auch die Betriebsführung überdacht und grundlegend verändert werden.

Anforderungen der Hygiene

Trinkwasser ist nicht steril, sondern enthält auch bei Erfüllung aller gesetzlichen Anforderungen in allen Stufen der Gewinnung bis zur Verteilung an den Nutzer eine Vielzahl von Mikroorganismen, die in der Regel für den Menschen un­ge­fährlich sind. Aber auch fakultative, opportunistische Krankheitserreger wie Legionellen, atypische Mykobakterien, Pseudomonas aeruginosa und eine wachsende Zahl weiterer Bakterien finden speziell im Lebensraum der Trinkwasser-Installa­tion in Gebäuden optimale Lebens- und Vermehrungsbedingungen sowohl im Warm- als auch im Kaltwasser.

Bei Stagnation zu erwartender Temperaturverlauf in PWC-Stockwerks- und Steigleitungen eines hochinstallierten Schachtes (Aufbau der Stockwerksinstallation ohne Berücksichtigung von Maßnahmen zur thermischen Entkopplung).
Quelle: Kemper
Bild 1: Bei Stagnation zu erwartender Temperaturverlauf in PWC-Stockwerks- und Steigleitungen eines hochinstallierten Schachtes (Aufbau der Stockwerksinstallation ohne Berücksichtigung von Maßnahmen zur thermischen Entkopplung).

Eine Kombination aus schlechter Werkstoffqualität, Stagnation, Wasserbeschaffenheit und zu hoher Wassertemperatur kann zu starker Biofilm-Entwicklung führen, in dessen Schutz sich auch fakultative Krankheitserreger vermehren können.

Die Stagnation des Trinkwassers in der Leitungsanlage ist der wohl kritischste Faktor für die Vermehrung fakultativ-pathogener Krankheitserreger. Der länger andauernde Kontakt von Trinkwasser mit Werkstoffen (z. B. Rohrleitungs- und Armaturenwerkstoffe) führt zu einer erhöhten Migration von Nährstoffen in das Trinkwasser. In Stagnationsphasen fehlt der Abtransport und damit die Verdünnung der in den Wasserkörper gelangten Mikroorganismen. In Stagnationsphasen ist das Trinkwasser zudem den Umgebungstemperaturen im Installationsraum ausgesetzt (Bild 1), wodurch eine Er­wärmung/Abkühlung des Trinkwassers auf Temperaturen stattfindet, die im Wachstumsbereich der Erreger liegen können (25 – 40 °C). Als sichere Temperatur für das kalte Trinkwasser wird z. B. in der DVGW-Wasserinformation 90 [2] nur eine Temperatur von < 20 °C angesehen. Neuere Untersuchungen aus der Mikrobiomforschung zeigen, dass schon 12 Stunden Stagnation ausreichen, um eine signifikante Erhöhung der Bakterienzahlen zu verursachen.

Aufbau einer Stockwerksinstallation mit verlegetechnischen Maßnahmen zur Sicherstellung der thermischen Entkopplung.
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Bild 2: Aufbau einer Stockwerksinstallation mit verlegetechnischen Maßnahmen zur Sicherstellung der thermischen Entkopplung.

Damit die Vermehrung von Bakterien – insbesondere von Krankheitserregern – in Trinkwasser-Installationen nicht unzulässig gefördert wird, müssen zunächst planerische Maßnahmen zur thermischen Entkopplung der kalten Trinkwasserleitungen von Wärmequellen umgesetzt werden. In Installationsbereichen, in denen Leitungen für kaltes Trinkwasser ­verlegt werden sollen, muss die Umgebungslufttemperatur möglichst niedrig, aber mindestens kleiner als 25 °C sein. Nur dann darf erwartet werden, dass in Stagnationsphasen die Kaltwassertemperaturen 25 °C nicht dauerhaft übersteigen und im laufenden Betrieb bestenfalls geringer sind als 20 °C.

Neben einer Reduzierung der Umgebungslufttemperaturen muss der konstruktive Aufbau einer Trinkwasser-Installation dazu führen, dass ein hoher Wasserwechsel in allen Teilstrecken stattfindet, insbesondere in den Stockwerks- und Einzelzuleitungen.

Bild 3: Dynamischer Strömungsteiler mit eingetragenen Messpunkten.
Quelle: Kemper
Bild 3: Dynamischer Strömungsteiler mit eingetragenen Messpunkten.

Wasserwechsel und Temperaturen des kalten Trinkwassers

Die gezielte Beeinflussung der Temperatur des kalten Trinkwassers war in der Vergangenheit kein ausgewiesenes Ziel bei Planung, Bau und Betrieb von Trinkwasser-Installationen. Häufig übersehen wurde der Wärmeübergang, z. B. bei gemeinsamer Leitungsführung mit warmgehenden Leitungen in Schächten, Vorwänden oder abgehängten Decken. Dabei kam bzw. kommt es zum unbemerkten Überschreiten kritischer Temperaturgrenzen (Bild 1). Auch der Einfluss der Dämmung als adäquate Maßnahme zur Vermeidung bzw. Reduzierung des Wärmeübergangs auf das kalte Trinkwasser wurde (und wird immer noch) in der Fachwelt überschätzt. Bei zu erwartenden Umgebungstemperaturen von bis zu 30 °C in Rohrkanälen, Schächten, abgehängten Decken und Vorwänden, in Verbindung mit geringen und ungleichmäßig über den Tag verteilten Wasserwechseln, können, selbst bei bester Dämmung der Rohrleitungen nach den a.a.R.d.T., die Temperaturen des kalten Trinkwassers nicht dauerhaft unter 25 °C gehalten werden. Je geringer der Durchmesser ist, umso schneller erwärmt sich der Wasserinhalt der Leitung auf Umgebungs-Lufttemperatur.

Bild 4: Volumenstrom und Temperatur des kalten Trinkwassers in der Stockwerks-Verteilungsleitung DN 20 (siehe Bild 6).
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Bild 4: Volumenstrom und Temperatur des kalten Trinkwassers in der Stockwerks-Verteilungsleitung DN 20 (siehe Bild 6).

Die Wechselwirkungen zwischen Volumenströmen in einer Trinkwasser-Installation, verursacht durch Wasserentnahme, Induktion1 oder gezielte Spülmaßnahmen und den damit verbundenen Temperaturen des kalten Trinkwassers, sind weitestgehend unbekannt. Zur Erforschung der vorherrschenden Betriebsverhältnisse2 in Trinkwasser-Installationen führte der Laborbereich Haus- und Energietechnik der FH Münster, in Kooperation mit der Fa. Kemper aus Olpe, im Zeitraum von 2010 bis 2012 messtechnische Untersuchungen in Installationen von Großgebäuden durch.

Dabei wurden auch Stockwerks-Ringleitungen untersucht, die mit Strömungsteilern an die Steig- bzw. Verteilungsleitungen angeschlossen waren (Bild 2). Im Rahmen der Untersuchung wurden Messdaten aus kalten Trinkwasser-Installationen von insgesamt 11 Großgebäuden mit ca. 3 Millionen Messdaten ausgewertet. Für eine detaillierte Analyse wurden letztlich 6 Gebäude ausgewählt, davon 5 aus dem Gesundheitswesen. Die Auswahl der Gebäude erfolgte hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus der Nasszellen, der betrieblichen Besonderheiten, der Homogenität der Messdaten und der Dauer der Messreihen.

Bild 5: Entnahme- und Induktionsvolumenstrom sowie Eintritts- und Austrittstemperaturen des kalten Trinkwassers in der Ringleitung mit Strömungsteiler (siehe Bild 7).
Quelle: Kemper
Bild 5: Entnahme- und Induktionsvolumenstrom sowie Eintritts- und Austrittstemperaturen des kalten Trinkwassers in der Ringleitung mit Strömungsteiler (siehe Bild 7).

Im Folgenden werden grundsätzliche Erkenntnisse aus diesen Untersuchungen exemplarisch an einer Stockwerksinstallation aus einem Krankenhaus aufgezeigt (Bild 7 und Bild 8).

1 Die Mitnahme von Wasser aus Stockwerksinstallationen durch den Hauptstrom in der Steig-/Verteilungsleitung.

2 Wechselwirkung zwischen Volumenströmen, verursacht durch Entnahme von kaltem Trinkwasser, Induktion oder gezielten Spülmaßnahmen in einer Rohrleitung und den damit verbundenen Temperaturen des Trinkwassers kalt bei Umgebungstemperatur.

Wasserwechselraten in einer Stockwerks-Ringleitung mit Strömungsteiler.
Quelle: Kemper
Bild 6: Wasserwechselraten in einer Stockwerks-Ringleitung mit Strömungsteiler.

Konstruktionsprinzipien für Stockwerksinstallationen

Die messtechnisch untersuchte Strömungsteiler-Installation wurde mit konventionellen Installationstechniken verglichen. Unter konventionellen Installationstechniken werden Stockwerksinstallationen verstanden, deren Entnahmearmaturen über Einzelzuleitungen, Reihen- oder Ringleitungen mit Trinkwasser kalt versorgt werden (Bild 2).

Konventionelle Installationstechniken für Stockwerksinstallationen

In neueren Trinkwasser-Installationen stellen Stockwerksinstallationen mit Reihenleitungen mittlerweile den Installationsstandard dar. Bei Reihenleitungen werden die Rohrleitungen in der Regel über Doppelwandscheiben an den Armaturenanschlüssen mäanderförmig vorbeigeführt. Mit Nutzung der am Ende angeordneten Entnahmearmatur werden alle Teilstrecken der Stockwerksinstallation bis hin zum jeweiligen Armaturenanschluss durchströmt. Ein Optimum für die Durchströmung ergibt sich, wenn die am häufigsten genutzte Entnahmestelle – das ist im Normalfall das WC – am Ende der Reihenleitung angeschlossen wird.

Messtechnisch untersuchte Strömungsteiler-Installation.
Quelle: Kemper
Bild 7: Messtechnisch untersuchte Strömungsteiler-Installation.

In Stockwerksinstallationen mit Ringleitungen wird die Leitung wie bei einer Reihenleitung verlegt. Im Gegensatz zur Reihenleitung endet die Ringleitung jedoch nicht an der letzten Entnahmearmatur, sondern verbindet sie wieder mit der Stockwerksleitung.

Auf diese Weise entsteht ein geschlossener Ring. Erfolgt die Wasserentnahme aus einer solchen Ringleitung, wird jede Armatur bei Benutzung von zwei Seiten mit Trinkwasser versorgt.

Durch diese Installationsweise wird sichergestellt, dass bei Wasserentnahme an beliebiger Stelle in jeder Teilstrecke der Ringleitung Trinkwasser fließt. Wird eine Nasszelle regelmäßig genutzt, wird mit dieser Installationsweise der regelmäßige Wasserwechsel in allen Leitungsteilen der Stockwerksinstallation gewährleistet. Trotz der offensichtlichen funktionalen Vorteile gegenüber einer Reihenleitung kommen in der Praxis Ringleitungsverteilungen in Stockwerksinstallationen eher selten zum Einsatz. Dabei ist der Wasserinhalt von Ringleitungsinstallationen im Vergleich zu einer Installation mit Reihenleitungen – trotz größerer Leitungslänge – in etwa von gleicher Größe!

Rohrnetzstruktur hinter der untersuchten Ringleitung.
Quelle: Kemper
Bild 8: Rohrnetzstruktur hinter der untersuchten Ringleitung.

Strömungsteiler-Installationen

Ein innovatives Installationskonzept [3] kombiniert die prinzipiellen Vorteile von Ringleitungen mit sogenannten Strömungsteilern. Ein Strömungsteiler ist ein von Kemper entwickelter Rohrleitungsfitting mit zwei Anschlüssen, an die eine Ringleitung angeschlossen werden kann. Im Gegensatz zu einer konventionellen Doppel-T-Stück-Installation, die lediglich eine Verbindung zwischen Steig-/Verteilungsleitung und Ringleitung herstellen würde, erzeugt ein Strömungsteiler bei der Durchströmung eine definierte Druckdifferenz zwischen seinen Anschlüssen. Dadurch fließt in der Ringleitung auch ein Volumenstrom, wenn in einer Nasszelle in Fließrichtung hinter dem Strömungsteiler eine Entnahmearmatur betätigt wird. Der auf diese Weise in der Ringleitung erzeugte Volumenstrom wird im Folgenden als Induktionsvolumenstrom bezeichnet. Strömungsteiler-In­stallationen können nur dort eingesetzt werden, wo ein Induktionsvolumenstrom nicht über Wasserzähler für die verbrauchsabhängige Abrechnung von Wasser- und Wärmekosten fließt, wie z. B. in Krankenhäusern, Hotels, Seniorenheimen usw.

Strömungsteiler-Installationen für das kalte Trinkwasser versprechen eine komfortable Bedarfsdeckung bei minimiertem Wasserinhalt und einen maximalen Wasserwechsel in allen Leitungsteilen der Stockwerksinstallationen. Mit dem erhöhten Wasserwechsel soll auch die mittlere Temperatur des kalten Trinkwassers in allen Teilstrecken der Ringleitung erheblich niedriger liegen als bei dem aktuellen Installationsstandard (Reihenleitung).

Grundsätzlich wird zwischen statischen und dynamischen Strömungsteilern unterschieden. Der statische Strömungsteiler erzeugt Druckdifferenzen ausschließlich über eine Venturi-Düse. Die Anschlüsse für die Ringleitung sind im Strömungsteiler so angeordnet, dass die so entstehende Druckdifferenz sich auch auf die Ringleitung auswirkt. Das führt dazu, dass der Volumenstrom im Strömungsteiler aufgeteilt wird. Ein Teil des Volumenstroms fließt direkt durch die Venturi-Düse, während der andere Teil als Induktionsvolumenstrom durch die Ringleitung fließt. Das Verhältnis zwischen dem Volumenstrom in der Düse und dem Induktionsvolumenstrom wird durch die hydraulischen Eigenschaften der Venturi-Düse und die der Ringleitung beeinflusst. Einflussfaktoren sind zum ­einen der Querschnitt der Venturi-Düse, zum anderen der Strömungswiderstand der Ringleitung. Selbst bei optimaler Abstimmung aller Einflussfaktoren liefert der Venturi-Effekt eines statischen Strömungsteilers erst ab einem relativ hohen Volumenstrom von ca. 0,3 l/s eine Druckdifferenz, die zu nennenswerten Induktionsvolumenströmen in der Ringleitung führt. Da weite Teile des Rohrnetzes aber nur von Einzelentnahmen mit Volu­menströmen < 0,20 l/s (720 l/h) belastet werden (Bild 4), ist der von statischen Strömungsteilern erzeugte Induktionsvolumenstrom sehr gering! Statische Strömungsteiler sind daher nur für die we­nigen Einsatzfälle geeignet, bei denen größere Volumenströme über einen längeren Zeitraum erwartet werden können!

Armaturenkennlinie eines dynamischen Strömungsteilers DN 25.
Quelle: Kemper
Bild 9: Armaturenkennlinie eines dynamischen Strömungsteilers DN 25.

Bei einem dynamischen Strömungsteiler wird der Venturi-Effekt durch einen federbelasteten Strömungskörper zusätzlich verstärkt (Bild 3). Dadurch können bereits bei kleinen Volumenströmen in der Verteilungsleitung größere Druck­differenzen aufgebaut werden. Dieser Effekt bewirkt, dass selbst geringe Vo­lumenströme in der Verteilungsleitung signifikante Induktionsvolumenströme erzeugen (Bild 5). Die erzeugte Druckdifferenz ist bei kleinen Volumenströmen in der Verteilungsleitung verhältnismäßig groß, bei auftretenden Spitzenvolumenströmen jedoch relativ gering. Bei einem Volumenstrom von 0,05 l/s beträgt z. B. die erzeugte Druckdifferenz in einem ­dynamischen Strömungsteiler der Nennweite DN 25 ca. 20 hPa, während sie bei Spitzenvolumenstrom von 0,89 l/s im Düsenquerschnitt nur ca. 53 hPa ausmacht (Bild 9). Dadurch ist zu jeder Zeit sichergestellt, dass die Bedarfsdeckung der in Fließrichtung hinter dem Strömungsteiler angeordneten Entnahmearmaturen nicht beeinträchtigt wird.

Ergebnisse aus Messungen und Simulationsrechnungen

Die messtechnisch untersuchte Strömungsteiler-Installation (Bild 7) befindet sich in Fließrichtung gesehen im vorderen Bereich einer Stockwerks-Verteilungsleitung eines Krankenhauses. Die Entnahmestellen, die hinter dem untersuchten Strömungsteiler an die betreffende Stockwerks-Verteilungsleitung angeschlossen sind, zeigt Bild 8.

Die Ringleitung, die mit einem Strömungsteiler an eine Stockwerks-Verteilungsleitung angeschlossen wurde, versorgt eine Nasszelle mit drei Entnahmestellen für kaltes Trinkwasser. Die PWC-Ringleitung wurde parallel mit den zirkulierenden Warmwasserleitungen in einer gemeinsamen Installationsvorwand verlegt. Bedingt durch die Zirkulation über die Warmwasser-Ringleitung, mit Temperaturen über 55 °C, erwärmt sich die Umgebungslufttemperatur in der Installationsvorwand im Mittel auf ca. 27 °C (vgl. auch Bild 1). Die Verlegung der PWC- bzw. PWH-Ringleitungen erfolgte seinerzeit noch ohne Maßnahmen zur thermischen Entkopplung der Kaltwasserleitungen von den Wärmequellen [4].

Durch Simulations-Rechnung untersuchte Reihenleitungsinstallation.
Quelle: Kemper
Bild 10: Durch Simulations-Rechnung untersuchte Reihenleitungsinstallation.

Erhöhung des Wasserwechsels

Zur besseren Beurteilung der Funk­tio­nalität von Stockwerksinstallationen wurden die Messergebnisse für die Strömungs­teiler-Installation mit den Ergebnissen aus Simulationsrechnungen für konventionelle Installationstechniken (Einzelzuleitungen, Reihen- und Ringleitungen) verglichen [5]. Dabei wurden die Randbedingungen, wie das Zapfverhalten, die Wassereintritts- und die Umgebungstemperaturen, deckungsgleich aus den Messergebnissen übernommen.

Der Vergleich mit konventionellen Verteilungssystemen zeigt sehr deutlich, dass der Wasserwechsel in Strömungsteiler-Installationen deutlich intensiver ist und sich gleichmäßiger über den Tag verteilt (Bild 5, 6). Der intensivere und gleichmäßigere Wasserwechsel ist darauf zurückzuführen, dass durch Wasserentnahmen an be­liebiger Stelle eine Zwangsdurchströmung in allen im Fließweg ­vorgelagerten Ringleitungen erfolgt (Induktion). In Strömungsteiler-Installationen wird die vom Trinkwasser kalt auf­ge­nommene Wärme durch den inten­sive­ren Wasserwechsel viel schneller abgeführt. Dadurch strömt kälteres Trinkwasser aus der Steig-/Verteilungsleitung auch schneller nach als in den direkt vergleichbaren konventionellen Systemen. Der vollständige Austausch des Wasserkörpers in der Leitung erfolgte bei den untersuchten Stockwerksinstallationen i.d.R. in weniger als einer Stunde. Damit wurde nicht nur die regelmäßige Abfuhr der aus der Umgebung aufgenommenen Wärme erreicht, sondern auch ein Verdünnungseffekt durch Austrag der ggf. im Wasser befindlichen Bakterien, Metallionen, Weichmacher usw. sichergestellt.

Gegenüber dem aktuellen Installationsstandard (Bild 10 – Reihenleitung) lag die mittlere Wasserwechselrate pro Tag bei Strömungsteiler-Installationen um bis zu vierzigfach höher. Von den im Messzeitraum aufgetretenen Stagnationsphasen waren mehr als 90 Prozent kürzer als 30 Minuten. Stagnationsphasen, die länger andauerten als 2 Stunden, wurden im gesamten Messzeitraum nicht nachgewiesen.

Entnahmevolumenstrom sowie die durch Simulationsrechnung ermittelten Temperaturen des Trinkwassers kalt (Bild 10, erste Teilstrecke der Reihenleitung).
Quelle: Kemper
Bild 11: Entnahmevolumenstrom sowie die durch Simulationsrechnung ermittelten Temperaturen des Trinkwassers kalt (Bild 10, erste Teilstrecke der Reihenleitung).

Einfluss des Wasserwechsels auf die Temperatur

Bedingt durch den gleichmäßig über den Tag verteilten hohen Wasserwechsel ergibt sich für die untersuchten Strömungsteiler-Installationen gegenüber den aktuellen Installationsstandards ein erheblich niedrigeres Temperaturniveau. Absolut gesehen lagen bei der Strömungsteiler-Installation weniger als 10 Prozent der Temperaturmesswerte über 25 °C, bei dem besten konventionellen System (Ringleitung) waren es bereits mehr als 50 Prozent. Die mittlere Temperatur des kalten Trinkwassers in der Ringleitung wurde im Messzeitraum mit 19,9 °C festgestellt. Damit kann sogar noch bei einer Umgebungslufttemperatur von 27 °C näherungsweise die Anforderung aus der DVGW-Information WASSER Nr. 90 (< 20 °C) erfüllt werden. Eine noch weitere Absenkung der mittleren Temperatur des kalten Trinkwassers kann erwartet werden, wenn die PWC-Ringleitung thermisch entkoppelt verlegt wird [4].

Durch Auswertung der Messdaten konnte festgestellt werden, dass die Dusche im Messzeitraum kaum genutzt wurde. Der Wasserinhalt in der Einzelzuleitung zur Dusche stagniert daher über einen langen Zeitraum im temperaturkritischen Bereich, bei einer mittleren Temperatur von 26,4 °C (Bild 11). Die geringe Nutzungsfrequenz von Duschen, z. B. in Krankenhäusern und Seniorenheimen, ist ein bekanntes Phänomen. Zur Verbesserung der Durchströmung muss daher am Ende der Reihenleitung nicht die ­Dusche, sondern immer das WC angeschlossen werden.

Temperaturverläufe im Bereich einer wandmontierten Mischarmatur in einer Stagnationsphase, bei einer Zirkulation des erwärmten Trinkwassers über die Doppelwandscheibe des PWH-Anschlusses.
Quelle: Kemper
Bild 12: Temperaturverläufe im Bereich einer wandmontierten Mischarmatur in einer Stagnationsphase, bei einer Zirkulation des erwärmten Trinkwassers über die Doppelwandscheibe des PWH-Anschlusses.

Temperaturen bei vorübergehender Nichtnutzung

Wird unterstellt, dass die messtechnisch untersuchte Nasszelle über einen längeren Zeitraum nicht benutzt wird, erfolgt der Wasserwechsel in der Ringleitung ausschließlich durch den Induktionsvolumenstrom. Der für diesen Betriebszustand simulierte Temperaturverlauf verfügt über die gleiche Tendenz wie in Bild 5 und liegt nur geringfügig höher. Daraus lässt sich grundsätzlich ableiten, dass das Temperaturniveau in den Ringleitungen von Strömungsteiler-Installa­tionen maßgeblich vom Induktionsvolumenstrom abhängig ist und nur in geringem Maße vom Entnahmevolumenstrom geprägt wird.

Der Wasserwechsel durch Induktion geht zwar in den Strömungsteiler-Installationen in Fließrichtung gesehen zurück. Es kann jedoch durch Messergebnisse belegt werden, dass die Kaltwassertemperaturen in einer vorübergehend nicht genutzten Strömungsteiler-Installation immer noch um 4 K niedriger liegen, wenn nur noch 4 Personen hinter dem betreffenden Strömungsteiler Wasser entnehmen (Messwerte aus einem Seniorenheim).

Einfluss wandmontierter Mischarmaturen

Die wandmontierten Mischarmaturen für den Waschtisch und die Dusche wurden kalt- und warmwasserseitig über Doppelwandscheiben angeschlossen.

Die Ergebnisse der Temperaturmessungen zeigen, dass es im Messzeitraum keine signifikante Temperaturerhöhung des kalten Trinkwassers durch Wärmeleitung über die Armaturenkörper der beiden installierten Mischarmaturen gegeben hat. Die mittlere Eintrittstemperatur in die Ringleitung betrug 19,2 und die mittlere Austrittstemperatur 20,7 °C. Die mittlere Temperaturerhöhung um 1,5 K zwischen Ein- und Austritt kann ausschließlich mit der Wärmeaufnahme über die Oberfläche der gedämmten Ringleitung erklärt werden.

Es dauert länger als 3 Stunden, bis durch Wärmeleitung über den Armaturenkörper der Kaltwasseranschluss einer wandmontierten Mischarmatur – ausgehend von 13 °C – eine Temperatur von 25 °C erreicht wird [6] (Bild 12). Da im Messzeitraum die Stagnationszeiten überwiegend kürzer waren als eine Stunde, konnte sich dadurch der Wasserinhalt der Ringleitung durch Wärmeleitung über die Mischarmatur zu keinem Zeitpunkt erkennbar und auf jeden Fall nicht unzulässig erwärmen.

Temperaturanstieg in den Stockwerks-Verteilungsleitungen

Die Befürchtung liegt nahe, dass sich jetzt durch die Wärmeabfuhr aus den Stockwerks-Ringleitungen die Temperaturen in der Stockwerks-Verteilungsleitung unzulässig erhöhen könnte. Diese Befürchtung ist unbegründet! Hinter einem Strömungsteiler mischt sich der relativ kleine Induktionsvolumenstrom, mit höherer Temperatur, mit dem größeren Volumenstrom des Durchgangs, mit niedrigerer Temperatur. Dadurch erhöht sich die Temperatur des kalten Trinkwassers hinter einem Strömungsteiler nur im Bereich der Nachkommastelle. Selbst mit einem sehr geringen Entnahmevolumenstrom von nur 0,05 l/s kann im konkreten Fall sichergestellt werden, dass bei einer Eintrittstemperatur von 17 °C die Temperatur des kalten Trinkwassers vor der letzten Ringleitung nur etwas mehr als 18 °C beträgt (Bild 13). Die messtechnisch festgestellten Volumenströme in der Stockwerks-Verteilungsleitung lagen überwiegend bei ca. 0,20 l/s (720 l/h) und sind damit viel größer (Bild 4). Dadurch liegt der Temperaturanstieg zwischen Anfang und Ende der Stockwerks-Verteilungsleitung im realen Fall noch wesentlich niedriger.

Erzwungener Wasserwechsel durch Spülmaßnahmen

Stagniert das Wasser insgesamt über einen längeren Zeitraum, verhalten sich alle Installationskonzepte gleich schlecht. Die vom kalten Trinkwasser aus der ­Umgebungsluft aufgenommene Wärme kann bei Stagnation nicht mehr abgeführt werden. Dies führt zu einer Temperaturerhöhung des kalten Trinkwassers auf Umgebungslufttemperatur. Liegen in den Installationsbereichen Lufttemperaturen >25 °C vor, sind optimale Wachstumsbedingungen für Bakterien gegeben. In solchen Fällen müssen zur ­Aufrechterhaltung des Wasserwechsels automatisierte Wasserwechsel- und Spülmaßnahmen eingesetzt werden. Wasserwechsel- und Spülmaßnahmen sind 
auch dann erforderlich, wenn Trinkwasser-Installationen nur periodisch genutzt werden, mit Leerstand an Wochenenden oder in Ferienzeiten und Stagnationsphasen über mehrere Tage bzw. Wochen.

Im Gegensatz zu konventionellen Systemen, bei denen Wasserwechselmaßnahmen dezentral an jeder Entnahmestelle oder in jeder Nasszelle erfolgen müssen, reichen bei Strömungsteiler-Installationen lediglich einige zentral an­geordnete Spülventile aus. Zentrale Spülventile ermöglichen eine zeit-, volumen- oder temperaturgesteuerte Durchströmung. Dabei wird entweder zu einem vorgegebenen Zeitpunkt oder mit Überschreiten eines Temperaturgrenzwertes eine Spülmaßnahme ausgelöst. Vergleichende Simulationsberechnungen zeigen, dass kurze und intensive Spülmaßnahmen, die dem reinen Wasser­austausch dienen, zur dauerhaften Absenkung der Temperaturen in den Stockwerks-/Ringleitungen weniger effektiv sind, da die Wassertemperatur nach einem Spülvorgang innerhalb von we­niger als 2 Stunden wieder auf Umgebungslufttemperatur ansteigt. Idealer­weise muss der Spülvolumenstrom bei einer vorgegebenen Sollwerttemperatur für das kalte Trinkwasser genau die Wärmemenge abführen, die über die Oberfläche der Rohrleitung aufgenommen wird. Studien haben gezeigt, dass die Abfuhr der entsprechenden Wärmemenge nur dann ökonomisch erreicht werden kann, wenn mit geringen Volumenströmen über einen längeren Zeitraum gespült wird. Kontinuierliches Spülen mit kleinen Volumenströmen führte im Vergleich zu impulsartig durchgeführten Spülmaßnahmen zu einem deutlich niedrigeren Temperaturniveau und zu einer signifikanten Reduzierung des Wasserverlustes.

Bild 13: Berechneter Temperaturverlauf in der Stockwerks-Verteilungsleitung (Bild 6) bei einem Entnahme-Volumenstrom von 0,05 l/s.
Quelle: Kemper
Bild 13: Berechneter Temperaturverlauf in der Stockwerks-Verteilungsleitung (Bild 6) bei einem Entnahme-Volumenstrom von 0,05 l/s.

Fazit

Der Einsatz von Strömungsteilern in Trinkwasser-Installationen für Gebäude des Gesundheitswesens und andere Großgebäude intensiviert im Vergleich zu konventionellen Verteilungssystemen den Wasserwechsel in Stockwerksinstallationen erheblich und reduziert dadurch das Temperaturniveau in Stockwerks-/Ringleitungen um ca. 4 K. Das Konzept verfolgt einen proaktiven Ansatz, der es ermöglicht, die Qualität des Trinkwassers kalt an der Entnahmestelle auch in komplex aufgebauten Trinkwasser-Installa­tionen sicherzustellen. Mit diesem technischen Konzept werden neue Wege beschritten, die im kalten Trinkwasser bisher ohne Beispiel sind. Strömungsteiler-Installationen bieten dazu die besten Voraussetzungen. Strömungsteiler-Installationen sind damit zukunftssicher und verfügen über weiteres Entwicklungs­potential [5].

Literatur

[1] Flemming, C.; Kistemann, T.; Bendinger, B.; Wichmann, K.; Exner, M.; Gebel, J.; Schaule, G.; Wingender, J.; Szewzyk, U. – Erkenntnisse aus dem BMBF-Verbundprojekt „Biofilme in der Trinkwasser­installation“. Bundesministerium für Bildung und Forschung (2010)

[2] DVGW-Information WASSER Nr. 90 – Informationen und Erläuterungen zu Anforderungen des DVGW-Arbeits­blattes W 551 (Juli 2016)

[3] Kemper (2008). Gebr. Kemper GmbH+Co.KG, Olpe – Ringleitung für ein Trink- oder Brauchwassersystem. Deutsches Patentamt. DE 202008003646 U1. Anmelde­datum: 14.03.2008

[4] Kirchhoff, Timo; Mathys, Werner; Rickmann, Bernd; Bäcker, Carsten – Rohrführung für Erhalt der Trinkwasserhygiene entscheidend – Sanitärjournal Sonderheft Installationstechnik (2017)

[5] Rickmann, L. – Einfluss neuer Konzepte bei Planung und Konstruktion von Trinkwasserinstallationen in Großgebäuden auf die hygienische Qualität des Trinkwassers, UMIT, September 2014

[6] Bäcker, C. – Forschungs- und Entwicklungsprojekt zur thermischen Entkopplung in Trinkwasserinstallationen, Fachhochschule Münster (Labor für Haus- und Energietechnik) (2017)

Montag, 28.01.2019