Hygienisch sicher versorgen

Die Qualität des Trinkwassers ist nicht nur abhängig von einer einwandfreien Anlieferung des Wassers durch das Versorgungsunternehmen, sondern wird in erheblichem Maße von der Konstruktion, der Auswahl der Rohrwerkstoffe, der handwerklichen Ausführung und der Bemessung der Leitungsanlage im Gebäude beeinflusst. Werden in einer Anlage trinkwasserhygienische Probleme festgestellt, so ist durch die Verantwortlichen der Nachweis zu erbringen, dass Planung, Bemessung und Bau der gesamten Trinkwasserinstallation den zum Zeitpunkt der Ausführung gültigen Technischen Regeln entsprochen haben. Hierzu zählt ebenfalls das Zirkulationssystem, das oftmals hydraulisch vernachlässigt wird und so Verkeimungen begünstigt.

Mit fortschreitender Entwicklung und wachsender Komplexität von Trinkwasseranlagen sind neue, früher weitgehend unbekannte Risiken durch nicht aus dem Abwasser stammende Mikroorganismen entstanden, vor allem in weitverzweigten wasserführenden Installationssystemen von Gebäuden (Krankenhäuser, Altenheime, Hotels u. a.). Diese nicht abwasserbürtigen Krankheitserreger werden zum Teil durch die üblichen Untersuchungstechniken nur unzulänglich erfasst, und ihre Bedeutung wird häufig in der Öffentlichkeit und auch in Fachkreisen stark unterschätzt. Zu den wichtigsten Mikroorganismen, die sich in Trinkwasseranlagen vermehren können und zu mikrobiellen Problemen beitragen, gehören Legionellen, atypische Mykobakterien, Pseudomonaden und andere heterotrophe Bakterien. Speziell Legionellen sind in letzter Zeit des Öfteren in Fachtagungen thematisiert worden, um die Hygienesensibilität von Planer und Installateur weiter zu fördern. Als mögliche kritische Punkte, bei denen wachstumsfördernde Temperaturbereiche erreicht werden können, gelten:

• Temperaturschichtung in Speichern,
• Ablagerungen im Speicher, Verteilerbalken,
• stagnierende Leitungsteile (Änderung der Nutzung, nicht unmittelbar an der Zirkulation abgetrennte Teile, Bauen auf Vorrat),
• nicht ausreichend zirkulierendes Wasser,
• zu große Wärmeverluste im Zirkulationssystem,
• Berücksichtigung und Verhinderung des möglichen Wärmeübergangs vom Warm- auf das Kaltwasser und dadurch das Vorkommen von Legionellen im erwärmten Kaltwasser („heiße Schächte“, „heiße Zwischendecken“),
• Ausbilden von kalten und warmen Installationsbereichen („kalte Schächte“ /„warme Schächte“, „kalte Zwischendecken“): Bereits in der Schachtbelegungsplanung im Gespräch mit dem Architekten einbeziehen.

Zirkulationssysteme nach DIN 1988-300
Trinkwasserführende Systeme sind generell so zu planen, auszuführen zu betreiben und instand zu halten, dass sie das Wachstum oder die Bildung von Bio­filmen bzw. Mikroorganismen nicht begüns­tigen. Damit Warmwasserinstallationen nicht verkeimen, wird gefordert, Zirkulationssys­teme so zu betreiben, dass die Temperatur des Wassers um nicht mehr als 5 K gegenüber der Austrittstemperatur des Trinkwassererwärmungssystems unterschritten wird. Das bedeutet 60 °C oder höher für den Bereich Trinkwasser Warm (PWH / PWH-C), wobei die Temperatur bei Wiedereintritt des Wassers in den Trinkwassererwärmer die 55 °C im Bereich der Zirkulation nicht unterschreiten darf.
Wie in der Fachwelt bekannt ist, ist für die Berechnung, Auslegung und Bemessung von Trinkwassersystemen die Technische Regel DIN 1988-300 entwickelt worden. Die Zirkulationssysteme, deren Bemessung ebenfalls nach DIN 1988-300 durchzuführen ist, werden auf Basis des physikalischen Ansatzes über die Ermittlung der Wärmeverluste des Zirkulationssystems an die Umgebungsluft gerechnet. Zusätzlich ist der sogenannte Beimischfaktor zu beachten, der mittels Beimischgrad  zu wählen ist. Er liegt zwischen 0 und 1. Seine Wahl ermög­licht eine Durchströmung der Steigstränge mit unterschiedlichen Anteilen sowie eine energetisch optimale Auswahl der Zirkulationspumpe. Bei bekanntem Pumpenförderstrom ist die Verteilung der Volumenströme auf die einzelnen Teilstrecken aus einer Bilanz an jedem Abzweig der Warmwasserleitung (Stromtrennung) zu berechnen.

Berechnung der Volumenströme
Um die benötigten Zirkulationsvolumenströme berechnen zu können, ist die Wärmeabgabe des Zirkulationssystems an die Umgebungsluft zu ermitteln. Es ist unbedingt erforderlich, die Umgebungslufttemperaturen entsprechend Raumbuch- bzw. Heizlastberechnung in die Berechnung einzusetzen, um für den späteren Betrieb tatsächlich realistische Volumenströme zur Deckung der Wärmeverluste und damit zur Temperaturhaltung zur Verfügung zu haben. Bezüglich der Umgebungstemperaturen sind übliche Temperaturen:

• 25 °C für Leitungen im Schacht, in der Vorwand oder der abgehängten Decke von im Winter beheizten Räumen.
• 10 °C für Leitungen im unbeheizten Keller.

In der Praxis kann immer wieder festgestellt werden, dass gerechnete und tatsächlich erforderliche Volumenströme aufgrund der fehlenden Recherche und Abstimmung bezüglich der Umgebungslufttemperaturen weit auseinander liegen. Zu gering bemessene Volumenströme führen zum Auskühlen von Teilbereichen des Zirkulationssystems, zu hohe Volumenströme führen zu hohen Betriebskosten und erhöhter Wärmeabgabe an die Umgebung. Die Bemessung von Trinkwassererwärmungs-, Verteilungs- und Zirkulationsanlagen hat daher nicht nur unter Berücksichtigung von funktionalen und wirtschaftlichen, sondern auch unter trinkwasserhygienischen Gesichtspunkten zu erfolgen.

Hydraulischer Abgleich für optimalen Wärmetransport
Der Zirkulationsvolumenstrom muss die Wärmemenge transportieren können, die über die Oberfläche des Rohrleitungssystems an die Umgebungsluft verloren geht. Das heißt, dass eine konkret vorgegebene Wassertemperatur nur dann eingehalten werden kann, wenn der beschriebene Gleichgewichtszustand an jeder Stelle des Zirkulationssystems sichergestellt ist. Der hydraulische Abgleich ist daher die Grundvoraussetzung für eine sichere Funktion. Um diese zu gewährleisten, ist der Einsatz von Regulierarmaturen unumgänglich. Dabei spielen die hydraulischen Eigenschaften der Ventile eine entscheidende Rolle. Sie werden als Kenndaten von den Herstellern veröffentlicht. Ein Regulierventil, das den zugesicherten Minimalvolumenstrom bei voreingestellter Sollwerttemperatur nicht oder zu spät erreicht, kann ausschlaggebend für einen Mangel (z. B. niedrig temperierte Bereiche) im Betrieb des PWH-Systems sein und damit mikrobiologisches Wachstum fördern. Der DVGW hat zur Sicherstellung der Funktion von Trinkwasser-Zirkulationssystemen die Eigenschaften der thermostatisch gesteuerten Regulierventile im DVGW Arbeitsblatt W 554 definiert.
Damit auch tatsächlich fließt, was für das jeweilige Zirkulationssystem gerechnet wurde, müssen sich Planer, ausführender Fachinstallateur und Betreiber auf die vom Hersteller genannten Drossel- und Durchflusskennwerte des Zirkulations-Regulierventils verlassen können.

Durchführung von Sanierungsmaßnahmen
Die folgenden Ausführungen fassen die Erfahrungen zusammen, die die Firma Kemper bei der Durchführung von Sanierungsmaßnahmen zur Temperaturerhöhung in bestehenden Warmwasserversorgungssystemen sammeln konnte.
Vor Beginn von baulichen Maßnahmen sollte immer eine umfassende örtliche Bestandsaufnahme des zu sanierenden Warmwassersystems vorgenommen werden. Nach den DVGW-Arbeitsblättern soll die Dokumentation zunächst – sofern vorhanden – auf Grundlage der Bestandspläne, der Anlagenbeschreibung, der Anlagendaten und der Wartungs- und Bedienungsanleitungen erfolgen. Liegen diese Informationen nicht vor, ist eine zeichnerische Darstellung der Trinkwasserinstallation in Verbindung mit den Grundrissplänen und den Gebäudeschnitten zu erstellen. Folgende Informationen sollten mindestens in diesen Plänen enthalten sein:
Trinkwassererwärmungssystem: Wärmeübertrager, Speicher, Abmessungen, Leistungsdaten.
Leitungsanlage: Leitungsverlauf, Rohrwerkstoffe, Nennweiten, Dämmmaterial, Dämmstärke, Absperrarmaturen, Sicherungsarmaturen, Regulierarmaturen, Entnahmearmaturen, Messeinrichtungen, Regel- und Steuergeräte, Wasseraufbereitungsanlagen.
Im Zuge der örtlichen Bestandsaufnahme sind die Temperaturen im Kaltwasser-, Warmwasser- und Zirkulationssystem zu messen und zu dokumentieren. Zur Kontrolle des Wasserverbrauchs und zur Ermittlung des Zirkulationsvolumenstroms sind an geeigneten Stellen Volumenstrommessgeräte einzubauen. Vorhandene Kontrollrohrstücke sind auf Ablagerungen und Korrosionserscheinungen hin zu überprüfen. Temperaturmessungen an der Oberfläche der frei zugänglichen Ventile in den Warmwasser- und Zirkulationsleitungen sind in der Regel ausreichend, um die Temperaturverteilung im Zirkulationssystem zu beschreiben, ohne dass Dämmmaterial demontiert werden muss. Insbesondere die Temperaturmessungen an den Steigleitungsabsperrungen ermöglichen bereits eine verlässliche Aussage über die Funktionsschwächen der zu sanierenden Anlage.
Diese Messungen lassen sich mit einfachen Oberflächentemperaturmessgeräten mit digitaler Anzeige durchführen. Es muss im Normalfall Wärmeleitpaste eingesetzt werden, um die Qualität der Mess­ergebnisse sicherzustellen und um mögliche Fehldaten zu verhindern. Da die Messungen meistens nicht im idealen Beharrungszustand durchgeführt werden können, dürfen die Ergebnisse nicht überinterpretiert werden.
In der Regel sind Messwertgeber für die Messung des Zirkulationsvolumenstroms in älteren Leitungsanlagen nicht vorhanden. Eventuell vorhandene Wasserzähler in der Kaltwasserzuleitung zum Trinkwassererwärmer können mit Zusatzeinrichtungen bestenfalls zur Überprüfung der Leistungsfähigkeit des Trinkwassererwärmungssystems herangezogen werden. Sie liefern aber keine Informationen zur Beurteilung der Zirkulation.
Volumenstrommessungen im zirkulierenden System sind immer aufwendig, da Messwertgeber in die Leitungsanlage eingebaut werden müssen. Volumenstrommessverfahren auf Ultraschallbasis sind zu empfehlen. Sie kommen im mobilen Einsatz zwar ohne eingebauten Messwertgeber und damit auch ohne Eingriffe in die Leitungsanlage aus, sind aber in der Anschaffung sehr teuer.
Im Zirkulationskreis permanent eingebaute Messwertgeber dürfen keinen nennenswerten Druckverlust verursachen, damit die Zirkulation nicht ungünstig beeinflusst wird. Damit fallen einfache Volumenstrommessverfahren, die mit Messblenden, Düsen oder Flügelrädern arbeiten, für diesen Zweck aus.

Messung der verfügbaren Druckdifferenz zwischen PWH und PWH-C
Die für das zu sanierende Zirkulationsleitungssystem verfügbare Druckdifferenz kann mit einem einfachen Druckdifferenzmessgerät ermittelt werden. Die Schlauchanschlüsse für die Druckabnahme sind im einfachsten Fall an vorhandene Entleerungsventile anzuschließen. Die Druckabnahme muss jeweils auf der Druck- und auf der Saugseite der Zirkulationspumpe erfolgen. Wird die Differenz zwischen der abgehenden bzw. ankommenden Leitung an einem Verteilerstock gemessen, wird der Druckabfall im Trinkwassererwärmer nicht erfasst, sondern es wird nur die für die Überwindung von Netzwiderständen tatsächlich verfügbare Druckdifferenz ermittelt. Die Messung der verfügbaren Druckdifferenz ist vor allen Dingen dann erforderlich, wenn mehrere Pumpen hintereinander geschaltet sind und es damit nicht möglich ist, über die Kenntnis der Kennlinie einer einzelnen Pumpe verlässliche Schlüsse zu ziehen.
Insbesondere in älteren, größeren Versorgungssystemen – z. B. für Krankenhäuser – sind solche Anlagenverhältnisse eher die Normalität. Bei der Messung sollte auch auf Druckschwankungen geachtet werden, die auf das Ein- bzw. Ausschalten von Pumpen hindeuten. Im besten Falle sollten die Messdaten in einen Datenlogger geschrieben werden, damit sie für weitere Auswertungen im Computer zur Verfügung stehen.

Autor: Dipl. Ing. FH U. Petzolt, Leiter Produktmanagement Gebr. Kemper GmbH + Co. KG

Bilder: Kemper

www.kemper.de