Innenliegende Zirkulationsleitung contra Energieverluste

Albrecht von Bethmann*

Zirkulationsleitungen sind gerade im Ein- und Zweifamilienhausbereich nach wie vor umstritten. Ohne Zirkulation nimmt man in Kauf, dass vor der eigentlichen Verwendung nicht erwärmtes Wasser ungenutzt in den Abfluss fließt. Auf der anderen Seite sind bei Zirkulationssystemen trotz vorgeschriebener Dämmung Wärmeverluste nahezu unvermeidbar.

Bild 1: Klassisches Zirkulationssystem.

Als mögliche Alternative zur klassischen Zirkulation werden elektrische Heizbänder angeboten, die, direkt auf dem Rohrmantel befestigt, das in der gedämmten Warmwasserleitung befindliche Wasser auf dem gewünschten Temperaturniveau halten. Nachteilig sind hier neben den Investitionskosten vor allem die laufenden Betriebskosten, bedingt durch den hohen Strompreis.

Einen gänzlich anderen Weg geht das Unternehmen Hage Fittings mit seinem Zirkulationssystem "HF-Inliner". Bei diesem System, speziell für kleine Gebäude, wird die Zirkulationsleitung größtenteils durch die Warmwasserleitung verlegt (Bild 2). Das heißt, es entsteht ein Rohr-im-Rohr-System. Vorteil: Aufgrund der physikalischen Gesetzmäßigkeit, dass der Wärmeverlust einer Rohrleitung an die Umgebung nur über die Mantelfläche erfolgen kann, werden die Wärmeverluste durch die Zirkulationsleitung nahezu eliminiert.

Bild 2: Zirkulationssystem HF-Inliner.

Doch so überzeugend die Logik dieses Wirkprinzips sein mag, so skeptisch stimmt den Praktiker das Vorhaben, eine Strangleitung mit den entsprechenden Richtungsänderungen zusätzlich noch mit einer innen geführten Zirkulationsleitung auszurüsten. Aber später zu der Anwendungstechnik, zunächst noch mehr zu den physikalischen Grundbedingungen.

Die Frage, wie viel Energie in einem Objekt einzusetzen ist um den Warmwasserbedarf sicherzustellen, gewinnt im Zuge der hohen Anforderungen an die Dämmung eines Gebäudes und des damit deutlich reduzierten Energieeinsatzes zur Beheizung der Räume immer mehr an Bedeutung. Die Auslegung des Heizkessels einer Zentralheizung, beispielsweise für ein Einfamilienhaus, wird heutzutage ganz wesentlich vom Warmwasserbedarf beeinflusst. Bei Systemen mit außen liegender Zirkulation liegt je nach Anlagenkonfiguration der Anteil der Zirkulationswärmeverluste an den gesamten Systemverlusten bei etwa 70 - 80%. Die Möglichkeit, mit einer Rohr-im-Rohr-Installation die Wärmeverluste der Zirkulation zu vermeiden und damit die gesamten Wärmeverluste des Warmwassersystems deutlich zu reduzieren, wirkt sich also entsprechend effektiv aus. Zudem ergeben sich noch eine Reihe weiterer Vorteile:

das im innen liegenden Rohr zurückfließende Wasser wird bereits wieder erwärmt, die Entladung des Speichers erfolgt langsamer;

bei korrekter Auslegung ist sichergestellt, dass das gesamte in den Warmwasserkreislauf einbezogene Rohrsystem auf einem hygienisch sicheren Temperaturniveau gehalten wird;

der Hilfsenergiebedarf (Strom) kann durch die geringere Laufzeit des Brenners und mit einer dem System angepassten Pumpe deutlich gesenkt werden.

Bild 3: Strömungsrichtung und Temperaturverlauf, schematische Darstellung.

Hygienische Anforderungen im Fokus

Nun ist die Auslegung einer Zirkulationsanlage kein unbeschriebenes Blatt und die entsprechenden Regelwerke wie die DVGW-Arbeitsblätter W-551, W-552 und W-553 benennen eine Reihe von Kriterien, deren Erfüllung auch bei einer Rohr-im-Rohr-Lösung gefordert werden. Für die Thermik des Systems bedeutet das beispielsweise, dass die aus hygienischen Gründen vorgeschriebene maximale Temperaturabsenkung von 5 K für den Gesamtumlauf nicht überschritten werden darf. Da bei einem Doppelrohrsystem das im Innenrohr fließende Wasser in keinem Fall kälter als das Außenrohr wird, kann die gesamte zugelassene Temperaturdifferenz für die Strangleitung genutzt werden. Andererseits ist zu bedenken, dass das im äußeren Rohr aufsteigende Warmwasser nicht nur Wärme an die Umgebung verliert, sondern auch an die innen liegende Zirkulationsleitung überträgt. Es entsteht immer ein Temperaturgefälle zum oberen Ende der mit Innenrohr ausgestatteten Strangleitung (Bild 3).

Bild 4: Speicheranbindung mit Zirkulationspumpe über den Inliner-Adapter.

Für eine optimale Planung des Systems sind Kenntnisse über die hydraulischen Zusammenhänge zwingend notwendig: Denn zum einen führt der im Gegensatz zu einer herkömmlichen, außen liegenden Zirkulationsleitung deutlich kleinere Querschnitt des innen liegenden Zirkulationsschlauches zu wesentlich höheren Druckverlusten im System, zum anderen muss bei Wasserentnahme das zuströmende Warmwasser durch einen in der Fläche gegenüber einem Vollkreis reduzierten Ringspalt strömen. Bei der Rohrnetzberechnung muss also sowohl der erhöhte Druckverlust, als auch der noch verbleibende Querschnitt der Warmwasserleitung berücksichtigt werden. Um diesen Planungsaufwand in Grenzen zu halten, enthält das von Hage entwickelte Inliner-System alle erforderlichen Komponenten, um eine Warmwasser Strangleitung in DN 20 mit innenliegender Zirkulation auszustatten. Es ist in erster Linie für den Einsatz im Neubau gedacht und eignet sich speziell für die Installation in einem so genannten Einstrangsystem typischer Bauart wie zum Beispiel in einem Einfamilienhaus, Reihenhaus oder einer Doppelhaushälfte.

Planung und Ausführung

Durch die Festlegung auf eine Strangdimension DN 20 und das zugeordnete Zirkulationsrohr in 8 x 0,8 mm reduziert sich der Berechnungsaufwand für das System auf das Zusammenstellen des objektspezifischen Druckbedarfs. Hierzu werden im ersten Schritt die Druckverluste der Trinkwasseranlage ermittelt. In einem tabellarischen Anhang des technischen Handbuchs erhält man für diese Größen acht Werte, die in ihrer einfachen Summe den Gesamtdruckbedarf angeben. Ist dieser kleiner oder gleich dem vom Versorgungsunternehmen zur Verfügung gestellten Mindestversorgungsdruck, so kann das System eingesetzt werden.

Bild 5: Montageset.

Grundsätzlich wird dem Installateur überlassen, mit welchem Rohrmaterial die Trinkwasserinstallation hergestellt wird. Die Dimension für die Strangleitung wird aber durchgängig in DN 20 gefordert. Zudem sind Richtungsänderungen der Rohrleitung bei der Wahl eines metallischen Rohrmaterials (Kupfer oder Edelstahl) mit einer handelsüblichen Biegemaschine herzustellen. Bei einfachem Strangverlauf mit maximal drei Richtungsänderungen ist auch der Einsatz von Bogenformstücken möglich. Die maximale Länge der Strangleitung ist auf 15 Meter begrenzt. An ihrem oberen Ende, das für die Montage des Innenrohres zugänglich bleiben muss, ist ein besonderer Abschlussfitting vorgesehen. Dieser dient einerseits bei der Montage des Innenrohres als Zugang in die Strangleitung, andererseits wird im Betriebszustand in diesem Fitting das Zirkulationswasser vom Ringspalt (Zulauf) zum Innenrohr (Rücklauf) umgelenkt.

Im Aufstellraum des Wärmeerzeugers ist möglichst nahe dem Abgang aus dem Warmwasserspeicher ein so genannter "Inliner-Adapter" in die Strangleitung zu installieren. Über diesen wird später die innen liegende Zirkulationsleitung aus der Strangleitung herausgeführt und in herkömmlicher Bauweise über die Pumpe mit dem Zirkulationsanschluss des Speichers verbunden (Bild 4).

Schulungsmöglichkeiten

Interessierten bietet Hage Fittings die Möglichkeit, an regelmäßig veranstalteten Schulungstagen die Planung, Montage und Inbetriebnahme einer exemplarischen Vorführanlage mitzuerleben. Auskünfte hierzu sind unter Telefon 06106/28020 erhältlich.

Bild 6: Montage des Zirkulationsschlauches: Zuerst wird am Abschlussfitting eine Kunststoffschnur in die Strangleitung eingeführt...

Bild 7: ...gleichzeitig wird am offenen Inliner-Adapter am anderen Ende des Stranges ein Staubsauger gehalten, der die Kugel ansaugt...

Herkömmliches Werkzeug und gute Ideen

Abgesehen davon, dass die Besonderheiten des Systems es erforderlich machen, vor allem auch die Innenkanten der Rohrschnitte sehr sorgfältig zu entgraten, werden dem erfahrenen Installateur bis hierher noch alltägliche Handwerkstechniken abverlangt. Doch wie kommt nun das Rohr ins Rohr?

Hier ist jetzt der ambitionierte Handwerker gefragt, sich auf eine ungewohnte Montagetechnik einzulassen. Und in der Tat wird eine unkonventionelle aber überzeugende Lösung in Form eines Montagesets angeboten (Bild 5). Im Wesentlichen besteht dieses aus einer wasserfesten Kunststoffschnur mit einseitig befestigter Kunststoffkugel, einem flexiblen Glasfaserprofil, wie es aus dem Elektrohandwerk zum Einzug von Elektrokabel in Leerrohre bekannt ist, einem reißfesten Ziehstrumpf und Zubehör zum Verbinden der Komponenten. Bei entsprechender Rohrverlegung ist der Einbau simpel: Nach erfolgter Druckprobe ist zunächst die Strangleitung zu entleeren. Dann geht ein Monteur, ausgerüstet mit der Kunststoffschnur mit Kugel, zum Abschlussfitting. Ein zweiter Monteur öffnet den Zugang zur Strangleitung am "Inliner"-Adapter. Während der Kollege oben nun die Spule mit der Kunststoffschnur zum leichteren Abrollen auf einen Schraubenzieher steckt und die Plastikkugel in den Abschlussfitting einführt (Bild 6), wird am anderen Ende mit einem Nass/Trocken-Sauger durch Anhalten des Saugrohres an den offenen "Inliner"-Adapter (Bild 7) ein Sog in der Strangleitung ausgeübt, sodass die Kugel nach 5 bis 10 Sekunden im Keller ankommt und sich deutlich hörbar im Saugrohr bemerkbar macht. Der Monteur schaltet nun den Staubsauger ab und sichert die Kugel, indem er sie an der nachgeführten Schnur dem Sauger wieder entreißt, um sie gegen den Ziehstrumpf auszutauschen. Dieser wird dann über das Schlauchmaterial gestülpt. Anschließend kann der Kollege am anderen Ende der Schnur den Zirkulationsschlauch zu sich ziehen (Bild 8).

Bilder 8 a, b: ...nachdem die Kunststoffkugel gegen einen Ziehstrumpf ausgetauscht wurde, kann der Schlauch eingezogen werden.

Nur wenn der Einzug durch mehrere Richtungsänderungen erschwert ist, wird in einem Zwischenschritt zunächst das Glasfaserprofil mit der Schnur nach oben eingezogen. Dieses dehnungsarme Einzugsband, ausgestattet mit dem Ziehstrumpf, erlaubt dann den sicheren Einzug auch über längere Rohrstrecken mit mehreren Richtungsänderungen.

Der Anschluss der Innenleitung am Adapter und am Abschlussfitting beschränkt sich auf das Ablängen des PE-x Rohres und dem Einstecken in eine zugfeste Steckkupplung (Bild 9). Der Übergang am Adapter, vom Innenrohr zur außerhalb geführten Verbindung mit der Zirkulationspumpe, ist als Winkelstück 45° ausgeführt. Für die Verbindung mit der Pumpe ist ein spezieller Panzerschlauch und ein Kugelhahn im Einbau-Set enthalten.

Die Montage des Innenrohres ist damit abgeschlossen. Das System kann nun befüllt und in Betrieb genommen werden.

Bild 9: Anschluss der Innenleitung an den System-Adapter.

Zukünftig auch Mehrstrang-Systeme möglich

Die Vorteile einer Rohr-im-Rohr-Lösung für die Energiebilanz des Zirkulationssystems liegen auf der Hand. Die Einzugstechnik für das Innenrohr bedeutet im Vorfeld aber eine gewissenhafte Planung und Ausführung der Strangleitung. Die anfängliche Skepsis gegenüber dem Montageverfahren weicht spätestens, nachdem die Kugel mit der Zugschnur ihr Ziel erreicht hat. Die größte Einschränkung bedeutet sicherlich der Umstand, dass diese Technik bisher nur für Einstrangsysteme marktreif ist. Doch bereits in naher Zukunft soll das Produktangebot mit einer Lösung für Zwei- und Mehrstrangsysteme ergänzt werden. Um den dann wesentlich komplexeren thermischen Zusammenhängen gerecht zu werden, ist geplant, die einzelnen Stränge thermostatisch selbstregelnd zu konzipieren. Die Versuchsreihen mit den dafür notwendigen Ventilen sind bereits erfolgreich abgeschlossen.

Bild 10: Auszug aus einem Berechnungsbeispiel. Für die Ermittlung des Gesamtdruckbedarfs kann der Planer aus insgesamt acht unterschiedlichen Strangschemen auswählen. Die Konstanten aus dem gezeigten Formblatt werden in Abhängigkeit von der Rohrlänge aus unterschiedlichen Tabellen entnommen, die ebenso wie die vorgenannten Strangschemen im technischen Handbuch aufgeführt sind.

B i l d e r : Hage Fittings GmbH, Rodgau

* Albrecht von Bethmann, Leiter F + E der Hage Fittings GmbH & Co. KG, Rodgau, Tel.: 06106/28020, Fax: 06106/280257

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