Legionellen: ein Zusammenspiel mehrerer Faktoren - Lässt sich das Temperaturniveau um 5 K senken? Erkenntnisse eines Forschungsprojekts der TU Dresden

Basis des Forschungsvorhabens [1] bildeten die von sechs Institutionen gelieferten über 75.000 Datensätze mit Ergebnissen von Routine-Beprobungen auf Legionella spp. aus den Jahren 1988 bis 2011 sowie Angaben zum jeweiligen Objekt und den Trinkwasser-Erwärmungsanlagen. Die erstellte Projekt-Datenbank umfasst Informationen zu 5337 Objekten, in denen insgesamt 5742 Trinkwasser-Erwärmungssys­teme (TWE-Systeme) betrieben werden.

Die statistische Auswertung der Probennahmen konzentriert sich auf die Zuordnung der Untersuchungsergebnisse zu folgenden drei Gruppen:

• OB: Ohne Befund
• Analysen mit Legionella spp. < 2 KBE (Kolonienbildende Einheit)/100 ml,
• K2-99: Maßnahmen nicht erforderlich
• Analysen mit > 2 KBE/100 ml Legionella spp. bis < 100 KBE/100 ml,
• K100: Nach DVGW W 551 Maßnahmen erforderlich
• Analysen mit Legionella spp. > 100 KBE/100 ml.

Es ist positiv zu bewerten, dass in 74% aller Analysen unabhängig von der Temperatur der Probennahme keine Legionella spp. nachgewiesen wurden (OB). Die Gründe dafür können vielfältig sein, wobei eine geringe Verweildauer des Trinkwassers in der Trinkwasser-Installation wahrscheinlich von hoher Relevanz ist. Durch eine kurze Verweildauer im optimalen Wachstumsbereich der Legionellen kann praktisch keine messbare Vermehrung stattfinden.
Die Auswertung greift die von Prof. Dr. Martin Exner (Leiter des Instituts für Hygiene und öffentliche Gesundheit der Universität Bonn) in seinem Vortrag „Wasser und Gesundheit“ 2011 in Berlin [2] vorgeschlagenen vier Kategorien der Kontamination mit Legionella spp. auf (Tabelle 1). Eine Zuordnung zu den Kategorien würde mindes­tens Probennahmen an den in Tabelle 1 genannten Stellen erfordern. Zur Auswertung lagen jedoch höchstens die zum Standardumfang einer orientierenden Untersuchung gehörenden Ergebnisse vor (Tabelle 1, fettgedruckte Probennahmestellen), oft auch nur Ergebnisse an endständigen Entnahmestellen.

Kontamination aus zentraler Wasserversorgung

An der Schnittstelle Wasserversorger/Trinkwasser-Installation existieren 742 Datensätze aus 191 Trinkwasser-Erwärmungsanlagen. Der Prozentsatz der mit dem jetzigen Kulturverfahren nachweisbaren K100-Befunde ist mit 0,4% erwartungsgemäß niedrig.

Zentrale systemische Kontamination der Trinkwasser-Installation

Eine Beurteilung erfordert mindes­tens Kenntnisse zu Legionellenbefunden am Austritt des Trinkwasser-Erwärmers (TWE) sowie idealerweise am Zulauf des Trinkwassers kalt zum TWE. Analyse-Datensätze am Austritt TWE sollten entsprechend DVGW W551 für jede TWE-Anlage existieren. Insofern ist nicht erklärbar, warum nur für 39,2% aller TWE-Anlagen Datensätze an dieser Entnahmestelle vorliegen. Selbst wenn man davon ausgeht, dass zwischen Austritt des Trinkwasser-Erwärmers und beginnender Trinkwarmwasser-Strangaufteilung keine Entnahmestelle existiert und diejenigen hinzuzählt, für die eine TWW-Strangbeprobung vorliegt, so fehlen immer noch für ein Drittel aller TWE-Anlagen Beprobungen im Umfeld des Trinkwasser-Erwärmers.
Insgesamt standen 4033 Datensätze für den Austritt des erwärmten Trinkwassers aus dem TWE und 168 für den Eintritt Trinkwasser kalt in den TWE zur Verfügung. Am Eintritt der Zirkulation in den TWE liegen 3271 Datensätze vor, von denen 9,3% einen K100-Befund aufweisen. Aber nur 4,2% der Datensätze am Austritt der TWE zeigen K100-Befunde (Bild 1). Der Vergleich der Werte von TWW-Austritt TWE und Zirkulation-Eintritt TWE zeigt, dass die Trinkwasser-Erwärmer selbst eine signifikante Verminderung der mit dem Eintritt der TWW-Zirkulation in den TWE eingetragenen Legionellenkonzentration übernehmen.

Teilzentrale Kontamination

Die statistische Auswertung ergab für die teilzentralen Entnahmestellen die in Bild 1 dargestellten K100-Anteile:
Die Stränge Mischwasser (MW) und Trinkwasser kalt (TW) liegen deutlich über dem arithmetischen Mittelwert aller Datensätze, der Strang Zirkulation Trinkwarmwasser (TWW) entspricht dem Mittelwert. Der Prozentsatz für die Gruppe Strang TWW stellt sich mit 9,3% dar und ist identisch mit dem für den Eintritt Zirkulation in den TWE. Im Vergleich mit der zuvor diskutierten Situation im zentralen Bereich ist der Anteil der K100-Befunde im teilzentralen Bereich signifikant erhöht. Hier limitiert das Fehlen der Schaltbilder zu den Einzelobjekten weitere Auswertungen.

Dezentrale Kontamination

Die Datenlage erlaubte keine direkte Zuordnung einer dezentralen Entnahmestelle zu einem definierten Strang der Trinkwarmwasser- bzw. Trinkwasser-Installation. Somit kann nur allgemein auf das Vorliegen einer teilzentralen bzw. dezentralen Kontamination geschlossen werden. Jedoch ist nicht recherchierbar, ob es sich dabei z.B. um weit entfernte Entnahmestellen bzw. Stränge handelt.
Im dezentralen, nicht zirkulierenden Entnahmebereich des Verbrauchers fällt ein sehr hoher Prozentsatz der K100-Befunde für Entnahme Mischwasser (28,5% von 2021 Datensätzen) auf. Die Entnahme TW/TWW liegt mit 14,3% im Bereich des arithmetischen Mittelwertes. Es zeigt sich mithin bei Vergleich mit den teilzentralen K100-Anteilen, dass die Ursache für dezentrale Kontaminationen überwiegend in teilzentralen Bedingungen für ein beträchtliches Legionellenwachstum zu suchen ist.
Weitere relevante Erkenntnisse können wie folgt zusammengefasst werden:
Wie zu erwarten liegt das Maximum der positiven Legionellenbefunde im Bereich des optimalen Legionellenwachstums von 30 bis 45°C (Bild 2). Der derzeit zulässige Bereich für kaltes Trinkwasser von > 20 bis 25°C ist prozentual stärker mit Legionellen befallen als der derzeit nicht zulässige TWW-Bereich > 50 bis 55°C.
Pflegeheime (Bild 3) liegen im Temperaturbereich bis 30°C deutlich über dem K100-Durchschnitt. Dies lässt auf sehr geringe Entnahmehäufigkeiten und damit einhergehende lange Verweilzeiten sowie hohe Temperaturen im Trinkwasser kalt schließen.
Einfamilienhäuser sind prozentual sowohl im 5-K-Bereich > 50 bis 55°C als auch im Bereich > 55 bis 60°C gleichermaßen weit unterdurchschnittlich befallen (Bild 3). Gründe könnten korrekte Anlagendimensionierung und hohe Entnahmevolumina sein.
Für ausgewählte Krankenhäuser wird der Zustand der Trinkwasserinstallation aktiv von der Gebäudeleittechnik überwacht. Von den immerhin über 12000 Datensätzen aus diesen Krankenhäusern wiesen nur 3,2% der Proben K100-Befunde auf. Das zeigt im Vergleich zur Gesamtstatistik (14,2% K100-Befunde), dass durch Nutzung einer kontinuierlichen technischen System­überwachung ein erhebliches Potenzial zur Minderung der Wahrscheinlichkeit des Wachstums von Legionellen besteht.
In 171 Trinkwassererwärmungsanlagen arbeitet die Zirkulation mit aktivem on/off-Betrieb (Bild 4). Das Maximum der vorliegenden 3073 Datensätze verschiebt sich vom 5-K-Bereich > 55 bis 60°C um immerhin 15 K nach unten in den Bereich > 40 bis 45°C. Dementsprechend liegen die K100-Werte im Bereich > 30 bis 45°C signifikant über den prozentualen K100-Anteilen der Gesamtstatistik (graue Linie). Hier werden wahrscheinlich oft – in für die hygienische Trinkwasser-Qualität unzulässiger Weise –Energiespareffekte in den Vordergrund gestellt (on/off-Betrieb und gleichzeitig Temperaturabsenkung).

###newpage###

1-l-Ablaufvolumen birgt Nachteile

In der Projektlaufzeit ist die erste Änderung [3] der Trinkwasserverordnung (TrinkwV 2011 [4]) in Kraft getreten. Das verpflichtet nunmehr über den öffentlichen Sektor hinaus auch eine hohe Anzahl von Objekten des gewerblichen Bereichs zu einer regelmäßigen Überprüfung hinsichtlich des Parameters Legionella spp. Das Projektteam hat zudem die Erarbeitung der Probennahmevorschrift twin Nr. 06 [5] mit initiiert. Allerdings wurden begründete Bedenken hinsichtlich des nunmehr auf 1 l reduzierten Ablaufvolumens vor der eigentlichen Probennahme angemeldet. Verglichen mit der bislang überwiegend angewandten, auf der Empfehlung des Umweltbundesamtes [6] basierenden Methode, die 5 bis 10 l vor der eigentlichen Probennahme verwirft, ergeben sich wesentliche Nachteile:
Bei Ablauf von 5 bis 10l Wasser wurde bei regelkonform gebauten und betriebenen Anlagen bislang stets ein Volumenelement aus dem zirkulierenden System zur Beurteilung herangezogen. Im Gegensatz dazu ist bei Ablaufen von nur einem Liter Wasser unter Berücksichtigung der 3-l-Regel nach DVGW W551 nicht eindeutig geklärt, ob es sich um eine Entnahme aus dem nichtzirkulierenden oder dem zirkulierenden Bereich handelt.
Nach den Regularien der DIN EN 806-2 müssen erst nach einer Ablaufzeit von 30 Sek. die normenkonformen Entnahmetemperaturen erreicht werden. Dies liegt in kapazitiven Effekten der abgekühlten, nicht zirkulierenden Leitungsabschnitte begründet. Der erste Liter Trinkwarmwasser ist bei langen, nicht zirkulierenden Abschnitten kalt und wird auch bei deutlich unter einem Liter liegenden Abschnitten zunächst durch die Wärmeverluste zur Aufwärmung der kalten Rohrleitungen etc. abgekühlt. Mithin ist der erste Liter schon wegen der zu niedrigen Trinkwarmwassertemperatur für eine Beurteilung des durch den Verbraucher genutzten Volumens nicht repräsentativ.
Fatal kann sich dies bei der Ableitung von Maßnahmen anhand der Probennahmetemperatur an endständigen Entnahmestellen auswirken. Bild 5 zeigt die 5-K-Statis­tik der 3965 Datensätze mit nur 1l Ablauf vor der Probenentnahme im Vergleich zum K100-Durchschnittswert im Bereich TW/TWW (graue Linie). Im Gegensatz zur allgemeinen 5-K-Statistik der Entnahmestellen TW/TWW, die ein stark ausgeprägtes Maximum für die Anzahl der vorliegenden Analysen im Bereich >55 bis 60°C zeigt (vgl. Bild 2), gibt es ein solches für die Analysen mit nur einem Liter Ablaufvolumen nicht. Für das verringerte Ablaufvolumen vor der Probennahme liegt eine weite Verteilung über den gesamten Bereich von >35 bis 55°C vor. Dies ist mit hoher Wahrscheinlichkeit auf die zuvor beschriebenen Einflüsse zurückzuführen. Insofern verschiebt sich auch das K100-Maximum vom Bereich >35 bis 40°C in den Bereich >25 bis 30°C. Da man die wahre Temperatur und den zugehörigen Befund des zirkulierenden Systems nicht kennt, werden unter Umständen unverhältnismäßig hohe Temperaturanhebungen im teilzentralen und zentralen Bereich angeordnet, für die viele Anlagen des Bestandes weder vom Werkstoff selbst noch von der integrierten Dehnungskompensation her ausgelegt sind. Die nach twin Nr. 06 zu erfassende „Konstante Temperatur“ kann dabei zwar unterstützend herangezogen werden, wird bislang jedoch in der zentralen Statistik oft nicht erfasst und hat überdies den Nachteil eines undefinierten Ablaufvolumens.

Fazit

Der Schlussbericht der Studie emp­fiehlt, für die orientierende systemische Untersuchung wieder auf ein Ablaufvolumen von 5 bis 10l überzugehen, mindestens jedoch die nach Trinkwasserverordnung zulässige Grenze von 3 l auszuschöpfen und entsprechende Regelwerke bzw. Empfehlungen anzupassen.
Die höchsten Prozentsätze einer Überschreitung des technischen Maßnahmewertes für Legionella spp. von 100 KBE/100 ml liegen zwar im dezentralen Bereich der endständigen Entnahme. Trotzdem ist die Hauptursache für diese „dezentralen Kontaminationen“ in unzulässig niedrigen Temperaturen im teilzentralen Bereich der Stränge Trinkwarmwasser (ungenügender hydraulischer Abgleich etc.) sowie Mischwasser und oft auch in zu hohen Temperaturen in den Strängen Trinkwasser kalt zu suchen (geringe Entnahmevolumenströme, Überdimensionierung etc). Insofern können eine Beurteilung des Systemzustandes und eine Maßnahmenfindung allein auf Basis von Beprobungen dezentraler Entnahmestellen nicht zielführend sein. Die Objekthistorien im Schlussbericht zeigen jedoch, dass oft über viele Jahre nur die Entnahmestellen im endständigen Bereich beprobt wurden und somit eine effektive Maßnahmenfindung nicht stattfinden konnte.
Die Ableitung von Erkenntnissen hinsichtlich der Zulässigkeit einer Temperaturabsenkung in der Trinkwarmwasser-Installation um bis zu 5K für nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik geplante, installierte und betriebene Neuanlagen war schon deshalb limitiert, weil es sich nur bei wenigen Probense­rien um Ergebnisse von ausschließlich orientierenden systemischen Untersuchungen handelt. Die Weiterführung der Datenbank mit Ergänzung ausgewählter Datenfelder wie Informationen zum Anlass der Untersuchung (Erstbeprobung Neuanlage, orientierende Untersuchung, weitergehende Untersuchung) sowie zwischen den Proben­serien getroffene Maßnahmen (thermische Desinfektion, chemische Desinfektion, Sanierung) ist sinnvoll. Überdies sind unzählige Fragestellungen noch offen, die beispielsweise lauten:
Kann die Kontamination des Trinkwassers mit Legionella spp. signifikant gesenkt werden, wenn die Überdimensionierung von Trinkwasser-Installationen vermieden wird?
Ist dann eine Freigabe des Temperaturniveaus Trinkwarmwasser mit Maßgabe ? 50°C möglich, da Verweilzeiten entsprechend gering gehalten werden? Kann damit auch ein Beitrag zur Reduzierung des „unerwünschten“ Aufwärmens des kalten Trinkwassers geleistet werden?
Erlauben neue Methoden der Analytik zur Unterscheidung der Legionella spp. in Legionella pneumophila und eine Beurteilung der Vitalität der mit den heutigen Kulturverfahren nicht erfassten Spezies eine genauere Aussage zu effektiven Maßnahmen?

Diese und weitere Fragestellungen sollen noch mit einem deutlich breiter aufgestellten Forscherteam bearbeitet werden.

Literatur:
[1]    Rühling, K.; Rothmann, R.: Verifizierung von Sicherheitsabständen zur Zone des Legionellenwachstums. Schlussbericht zum Teilthema des BMWi-Forschungsprojektes FKZ0327831B.
[2]    Exner, M.: Wasser und Gesundheit. Vortrag, Wasser Berlin 2011; 02 bis 05. Mai 2011
[3]    Erste Verordnung zur Änderung der Trinkwasserverordnung vom 03.05.2011
[4]    Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (Trinkwasserverordnung – TrinkwV 2001) vom 21. Mai 2001. BGBl. I (2001) ; S. 959–980.
[5]    twin Nr. 06 – Informationen des DVGW zur Trinkwasser-Installation: Durchführung der Probennahme zur Untersuchung des Trinkwassers auf Legionellen (Ergänzende systemische Untersuchung von Trinkwasser-Installationen) DVGW Bonn, November 2011
[6]    Nachweis von Legionellen in Trinkwasser und Badebeckenwasser. Empfehlung des Umweltbundesamtes nach Anhörung der Trink- und Badewasserkommission des Umweltbundesamtes. Bundesgesundheits­blatt – Gesundheitsforschung – Gesundheits­schutz, 2000 • 43:911–915

Autoren: Dr.-Ing. Karin Rühling, wissen­schaft­liche Mitarbeiterin TU Dresden, Leiterin Fachbereich Wärmeversorgung und Technische Leiterin Komplex Rationelle Energieanwendung-Regenerative Energien des Zentrums für Energietechnik (ZET)
Dipl.-Inform. Regina Rothmann, wissen­schaft­liche Mitarbeiterin TU Dresden

Bilder: TU Dresden
www.tu-dresden.de