Trinkwasserhygiene in Zirkulationsleitungen

Legionellenprophylaxe ist ein weit verbreitetes Thema. Dies ist auch kein Wunder, da man doch häufig von der Legionelleninfektion durch haustechnische Anlagen hört. Die Warmwasser-Zirkulationsleitungen scheinen oft ein sichergeglaubter Bereich zu sein. Doch auch hier kann es schnell zu einer Kontamination kommen, wenn Leitungsabschnitte nur unzureichend durchspült werden und dadurch das Temperaturniveau von 58°C (gemäß DVGW-Arbeitsblatt W 551) nicht erreicht werden kann.

Dieser Beitrag beschreibt neben den normativen und planerischen Hintergründen auch Maßnahmen zur thermischen Desinfektion und den hydraulischen Feinabgleich von Zirkulationsleitungen.

Der Temperaturbereich, in dem Legionellenvermehrung verstärkt auftritt, liegt zwischen 30°C und 45°C. Besonders in größeren Warmwasser-Verteilsystemen (Krankenhäuser, Hotels, Altenheime, Sportstätten etc.) kann sich in einzelnen Abschnitten solch ein Temperaturniveau einstellen. Aber auch in Einfamilienhäusern sind durch ungünstige Betriebs- und Nutzungsbedingungen (zum Beispiel wenn Kaltwasserleitungen unzureichend wärmegedämmt sind) gesundheitsgefährdende Kontaminationen möglich. Erst ab einer Temperatur oberhalb 50°C wird das Legionellenwachstum deutlich gehemmt.

Daher fordert das DVGW-Arbeitsblatt W 551 eine Wassertemperatur von mindestens 58°C im gesamten Warmwasser-Verteilsystem bzw. 60°C am Austritt des Trinkwassererwärmers, um eine Bakterienvermehrung generell zu verhindern. Dabei darf die Temperatur vom Warmwasseraustritt über die entferntest liegende Leitung bis zum Zirkulationseintritt des Trinkwassererwärmers nicht mehr als 5°C absinken. Dieses kann durch geeignete Warmwasser-Zirkulationsleitungen realisiert werden, deren Auslegung in der Verantwortung des Planers liegt. Hierbei hat er nicht nur die Temperaturverluste, sondern auch Rohrreibungsverluste und Strömungswiderstände, also die Hydraulik für eine ausreichende Verteilung der Warmwassermengen in dem gesamten Leitungsnetz zu beachten.

Als Beispiel soll nun eine Warmwasser-Zirkulationsanlage mit zwölf Strängen betrachtet werden (Bild 1). Für den einwandfreien Betrieb einer Warmwasser-Zirkulationsanlage ist die korrekte Ermittlung der Volumenstromverteilung in allen Strängen entscheidend. Diese Volumenstromverteilung wird aber, wie bei einer Heizungsanlage, nicht nur durch die Strömungswiderstände im Leitungsnetz vorgegeben, sondern auch durch die auszugleichenden Wärmeverluste des zirkulierenden Warmwassers. Würde kein hydraulischer Abgleich der zwölf Stränge erfolgen, so stellt sich mit zunehmender Entfernung vom Trinkwassererwärmer ein abnehmender Volumenstrom sowie eine damit verbundene Temperaturabnahme ein (Bild 2, ohne Einregulierung).

Bild 1: Warmwasser-Zirkulationsanlage mit zwölf Strängen.

Der zur Verfügung stehende Pumpendruck wird in diesem Fall bereits in den pumpennahen Strängen abgebaut, das heißt, während in den vorderen Strängen der Volumenstrom viel zu hohe Werte annimmt, ist in den hinteren Strängen kaum noch Durchfluss vorhanden oder er stagniert sogar. Das Trinkwasser erreicht zudem das geforderte Temperaturniveau nicht, sodass es zu der Legionellenproblematik kommen kann.

Maßnahmen zur thermischen Desinfektion

Um in einer ersten Maßnahme eine Gleichverteilung des Volumenstromes über alle Stränge einzustellen, ist die Installation von Strangregulierventilen in jedem Zirkulationsstrang notwendig.

Bild 2: Volumenstromverteilung in den Steigsträngen und Temperaturverteilung an den Anschlüssen der Zirkulationsleitungen, ohne und mit hydraulischem Abgleich sowie Auslegung nach DVGW W 553.

Die Voreinstellwerte für die Strangregulierventile können mit einem Berechnungsprogramm ermittelt werden. Dadurch werden zwar jetzt alle Zirkulationsstränge gleichmäßig mit Warmwasser versorgt, jedoch wird das erforderliche Temperaturniveau in den hinteren Strängen weiterhin nicht erreicht (Bild 2, einreguliert nach DIN 1988-3). Um also auch in den hinteren Strängen das geforderte Temperaturniveau zu erreichen, muss der Volumenstrom zusätzlich angehoben und in den vorderen Strängen noch mehr reduziert werden. Die Werte hierfür folgen aus dem Arbeitsblatt DVGW W 553 und sind durch die entsprechende Wahl der Voreinstellwerte an den Strangregulierventilen einzustellen. Nach diesen Einstellmaßnahmen wird der Volumenstrom in den ersten Strängen etwas gesenkt und mit zunehmender Entfernung angehoben. Dadurch lässt sich ein gleichmäßiges Temperaturniveau von 58°C erreichen (Bild 2, einreguliert nach DVGW W 553).

Es geht auch komfortabler

Nun lässt sich das geforderte konstante Temperaturniveau aber auch auf einem direkten Weg erreichen, indem diese Arbeit ein Temperaturfühler übernimmt. Die manuelle Voreinstellung an den Strangregulierventilen ist dann nicht mehr erforderlich. Dieser Fühler ist beispielsweise in dem Oventrop Regulierventil für Zirkulationsleitungen "Aquastrom T plus" integriert, dass wie das Strangregulierventil in die Zirkulationsleitung einzubauen ist (Bild 3). Der Fühler, der die Wassertemperatur erfasst, drosselt unterschiedlich stark den Volumenstrom im Ventil, bis das Wasser den zuvor eingestellten Temperaturgrenzwert (gewünschte Betriebstemperatur in der Zirkulationsleitung, einstellbar von 38°C bis 60°C) erreicht hat.

Bild 3: " Aquastrom T plus" (Schnittdarstellung). Fließrichtung von links nach rechts. In der Mitte befindet sich das thermisch arbeitende Regelventil, rechts daneben (unter dem Thermometer) ist ein separates Drosselventil angeordnet, welches beispielsweise für den hydraulischen Abgleich in der Aufwärmphase des Wassers (nach einem Ausfall des Trinkwassererwärmers) verantwortlich ist (damit sich alle Stränge gleichmäßig aufheizen).

Dieser durch den Temperaturgrenzwert und Restvolumenstrom definierte Betriebszustand stellt den Normalbetrieb der Zirkulationsanlage dar (Bild 4). Neben diesem Normalbetrieb weist das Regulierventil eine Zusatzfunktion auf, die als Schaltung für die thermische Desinfektion oder auch als Legionellenschaltung bezeichnet wird (integrierte Ventileinrichtung). Diese erhöht den Volumenstrom, wenn die Wassertemperatur vom Trinkwassererwärmer über die Desinfektionstemperatur T2 (ca. 63°C) angehoben wird.

Wesentliche Voraussetzung ist hierbei, dass der Trinkwassererwärmer in vorgegebenen Intervallen die Wassertemperatur deutlich über 70°C erwärmen kann. Dabei verändert sich der Volumenstrom vom Normalbetrieb bis zur fest voreingestellten Desinfektionstemperatur T2 nicht. Erst bei einer weiter ansteigenden Wassertemperatur gibt das Ventil dann einen größeren Volumenstrom zur Unterstützung der Desinfektionsphase frei. Durch die integrierte Ventileinrichtung wird diesem Effekt (ab einer bestimmten Temperatur) auch wieder entgegen gewirkt, sodass bei der Temperatur T3 der Strang wieder den vorausgegangenen Restvolumenstrom erreicht hat. Dabei ist dieser Vorgang unabhängig von dem über das Handrad einstellbaren Regelbereich (Bild 4). Damit soll das "Aquastrom T plus" auch während der Desinfektionsphase die Einhaltung des hydraulischen Gleichgewichts sicherstellen.

Bild 4: Einstellmöglichkeiten des Temperaturgrenzwertes. Für den kleinsten (T1 38°C) bis zum größten (T1’ 60°C) Einstellwert ist hier schematisch der Bereich der möglichen Betriebspunkte dargestellt (einstellbarer Regelbereich). Ab T2 (ca. 63°C) ist der Verlauf des Volumenstroms bei steigender Wassertemperatur zu sehen.

Eine zusätzliche manuelle Einregulierungsmöglichkeit zur Veränderung der Hydraulik ist durch ein separates Drosselventil gegeben, das in Strömungsrichtung hinter dem thermisch arbeitenden Regelventil im Gehäuse angeordnet ist (Bild 3). Durch dieses Drosselventil besteht zum Beispiel die Möglichkeit, den maximalen Volumenstrom des voll geöffneten thermischen Regelteiles zu begrenzen. Diese Notwendigkeit ist dann gegeben, wenn nach einem Ausfall des Trinkwassererwärmers in der Aufwärmphase das Wasser im Rohrleitungssystem der Zirkulationsanlage in allen Strängen sich gleichmäßig wieder aufheizen soll (hydraulischer Abgleich).

Bild 5: Strangregulierventil "Aquastrom C".

Zur Unterstützung der Einstellung des geforderten Temperaturniveaus in der Desinfektionsphase kann das Strangregulierventil "Aquastrom C" (Bild 5) anstelle eines "Aquastrom T plus" in der letzten Zirkulationsleitung eingebaut werden (Bild 1). Ausgehend von der Volumenstromverteilung im thermisch abgeglichenen Zustand, der in den hinteren Zirkulationssträngen höher ist als in den pumpennahen Strängen (Bild 2), ermöglicht das Ventil, das gesamte Temperaturniveau in der Warmwasser-Zirkulationsanlage zu beeinflussen.

Bild 6: Einfluss des "Aquastrom C" auf die Temperaturverteilung in den Strängen der Zirkulationsanlage.

Durch dieses Ventil kann, wenn das notwendige Temperaturniveau von zum Beispiel 65°C oder mehr noch nicht erreicht ist (Bild 6), der notwendige Heißwasserstrom in der Hauptversorgungsleitung bis zum letzten Strang so zusätzlich nachreguliert bzw. angehoben werden, dass die geforderte Temperatur zu allen vorangehenden Strängen sicher erreicht wird. Dabei lassen sich auch geringste Volumenströme präzise einstellen. Die Einstellmöglichkeit ist hierbei reproduzierbar, d.h. nach einer Absperrung des "Aquastrom C" wird die vorher eingestellte Ventilposition wiedergefunden. Zusätzlich lässt sich mit dem Thermometer die eingestellte Trinkwassertemperatur optisch kontrollieren oder stattdessen über einen elektrischen Temperaturfühler eine Fernabfrage durchführen.

Internetinformationen:
www.oventrop.de

B i l d e r : F. W. Oventrop GmbH & Co. KG, Olsberg

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