Möglichst keimfrei soll es sein

Wasser ist unser wichtigstes Lebensmittel, mehr noch, unabdingbar zum Leben. Deshalb werden ganz zu Recht besondere Anforderungen an die Trinkwasserinstallationen in Gebäuden gestellt. Bekanntestes Problem sind die Legionellen, ein Bakterium, welches sich zwar nur langsam vermehrt, dies aber besonders in einem Temperaturbereich von 25 bis 50°C tut. Temperaturen über 65°C dagegen führen zur Abtötung der Bakterien, ab 70°C kann man sicher sein, dass keine mehr vorkommen. Da eine Wärmepumpe meist im Temperaturbereich des optimalen Legionellenwachstums arbeitet, sollten einige Regeln planerisch berücksichtigt werden.

Nicht jeder Kontakt mit legionellenhaltigem Wasser führt zu einer Gesundheitsgefährdung, erst das Einatmen bakterienhaltigen Wassers als Aerosol kann zur Erkrankung führen. Dennoch zielen Regeln und Vorschriften darauf ab, das Trinkwasser möglichst keimfrei zu halten, um eine Gesundheitsgefährdung zu vermeiden. Für den Planer ergeben sich hier vier Eckpunkte:

1. Vorschriften verschiedenster Art

Hier greifen, z.B. die DIN EN 12828 (Heizungssysteme in Gebäuden – Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen), die VDI 6003 (Trinkwassererwärmungsanlagen – Komfortkriterien und Anforderungsstufen für Planung, Bewertung und Einsatz) und das DVGW-Arbeitsblatt W551 (Technische Maßnahmen zur Verminderung des Legionellenwachstums in Neuanlagen), um nur einige zu nennen.

2. Anforderungen an die Warmwasserbereitung

Sie leiten sich aus mehreren Fragen ab: Welcher Erzeuger soll es sein? Wo wird er aufgestellt und wie erfolgt die Verteilung (innerhalb oder außerhalb der thermischen Hülle)? Welche Schüttleistung wird benö­tigt? Welche Anforderungen werden an die Hygiene gestellt? Und nicht zuletzt, wie hoch sind die Kosten der Anlage?

3. Komfort einer Warmwasseranlage

Er wird heute groß geschrieben. Der sesshafte Mensch ist verwöhnt und stellt Ansprüche: Es soll sofort warmes Wasser aus jedem Hahn kommen, mit gleichbleibender Schüttleistung und das bei mehreren geöffneten Hähnen. Drei volle Badewannen hintereinander sollten ebenfalls möglich sein.

Damit kommen wir zu Punkt

4. Der Ener­gieeffizienz

Eine Wärmepumpe ist der Physik und damit dem möglichst gering zu haltenden Temperaturhub geschuldet. Am besten ein Niedrig-Temperatursystem. Damit arbeitet sie gerade im Temperaturbereich des optimalen Legionellenwachstums am effizientesten. Das stellt zu den geforderten Temperaturen über 65°C einen Widerspruch dar.

Regelungen der Regelwerke

Betrachtet man die Regelwerke, die in Berührung mit der Warmwasserbereitung stehen, so fällt im Zusammenhang mit dem Wirkungsgrad gleich ein Punkt auf. Neben der Energieeinsparverordnung (EnEV), die entweder nach DIN V18599 (Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs) oder DIN V4701-10 (vorgegebene Verluste bei der Wärmeerzeugung) und DIN 4708-6 (Leistung für Warmwasserbereitung) einzuhalten ist, sagt das Erneuerbare-­Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) auch etwas zur Beheizung mit Wärmepumpen aus. Demnach sind mindestens 50% der Wärme zum Heizen sowie für das Warmwasser über die Wärmepumpe zu erbringen, die Jahresarbeitszahl (JAZ) für Heizung und Trinkwassererwärmung hat mit einer Luft/Wasser-Wärmepumpe mindes­tens 3,3 zu betragen, bei Erdreich sogar 3,8. Nach den Ergebnissen von Feldstudien sind die JAZ nur selten zu erfüllen, auf dem Papier über die Prognose der VDI 4650 ist es dagegen eine Leichtigkeit.

Auch für Installationen im Bereich der Warmwasserbereitung greifen bekanntlich Regelwerke. Einige von ihnen sind z.B. die DIN EN 12828 (Heizungssysteme in Gebäuden – Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen) sowie die VDI 6003 (Trinkwassererwärmungsanlagen – Komfortkriterien und Anforderungsstufen für Planung, Bewertung und Einsatz). Für Trinkwasserinstallationen sind die DIN 1988 (Technische Regeln), die VDI 6023 (Trinkwasserhygiene in der Hausinstallation), die DIN EN 1717 (Schutz des Trinkwassers), die Trinkwasserverordnung (TrinkwV) sowie auch das Infektionsschutzgesetz (IfSG) zuständig.

Speziell für die Warmwasserbereitung sind aber die TrinkwV 2011, Anlage 4, Teil 1, Nr.2 und im Besonderen die DVGW-Arbeitsblätter W551 und W553 von Bedeutung. Das Arbeitsblatt 551 regelt ganz klar die Vorgaben:

Es gilt bei der Neuerstellung von Trinkwasseranlagen. Unberücksichtigt bleiben Ein- und Zweifamilienhäuser. Alle anderen Gebäude teilt es in Klein- und Großanlagen ein. Das bedeutet, wenn der Speicher einen Inhalt < 400l besitzt oder die Leitung vom Speicher bis zur Entnahmestelle einen Inhalt < 3l aufweist, ist es eine Kleinanlage, für die die Vorschrift als Empfehlung gilt. Ist einer der beiden Grenzwerte überschritten handelt es sich um eine Großanlage, an die besondere Anforderungen gestellt werden:

Anforderungen an die Speicher

Es ist eine gleichmäßige Erwärmung des Speicherinhalts zu gewährleisten, der einmal am Tag auf 60°C zu bringen ist. Die Schaltdifferenz darf nicht zu Temperaturen unter 55°C führen, und die Austrittstemperatur muss mindestens 60°C betragen.

Anforderungen an die Zirkulation

Eine Zirkulation darf nicht zu Mischzonen im Speicher führen. Die Temperaturdifferenz zwischen Zirkulation und Warmwasserspeicher darf nicht größer sein als 5K. Ebenfalls darf es keine Zirkulationsunterbrechungen geben, die länger als acht Stunden andauern. Zulässig sind alternativ selbstregelnde Begleitheizungen.

Eine wichtige Konsequenz ergibt sich darüber hinaus: Die Untersuchungspflicht auf Legionellen ist einzuhalten.

Tipps zur Warmwasserbereitung

Verschiedenste Möglichkeiten, Warmwasser über eine Wärmepumpe zu bereiten, helfen dabei, die unterschiedlichen Normen einzuhalten. Eine ist der Einsatz einer Hochtemperaturwärmepumpe in Verbindung mit einem großen Speicher. Hier sind Temperaturen von 70°C erreichbar. Der Vorteil ist, dass alle Kriterien eingehalten werden. Somit ist bis auf die Anordnung der Proben- und Entnahmeventile keine dezidierte Planung notwendig.

Eine einfache Möglichkeit, die Untersuchungspflicht und die Erwärmung der Speichertemperatur auf 60°C zu umgehen, ist es, die Großanlage zu vermeiden. Hierfür ist aber eine angepasste Planung notwendig. Das größte Problem stellt dabei meist der Leitungsinhalt von 3 l dar und die dadurch festgelegte Leitungslänge (Tabelle 1).

Welche Lösung auch immer die Anwendung findet, es gelten die Grundsätze der Trinkwasserinstallation. Ein möglichst kompaktes Netz mit wenigen Strängen ist vom Planer anzustreben. Die Lage der Räume mit Wasseranschlüssen und die Zapfstellen sollten möglichst zentral angeordnet werden. Stagnationswasser ist tunlichst zu vermeiden, Abgänge mit T-Stücken zu den Hähnen sind nicht mehr zeitgemäß. Hingegen sollten Reihen- oder Ringleitungssysteme Verwendung finden. Spülstationen oder Bypässe tragen ebenfalls dazu bei, stehendes Wasser zu vermeiden oder möglicherweise belastetes Wasser zu entfernen.

Warmwasserbereitung durch verschiedene Wärmepumpen

Für die Warmwasserbereitung stehen verschiedene Varianten zur Auswahl. Bei Ein- und Zweifamilienhäusern wird gerne eine Brauchwasser-Wärmepumpe eingesetzt. Diese verfügt typischerweise über einen 300-l-Speicher mit einer aufgesetzten Wärmepumpe und entzieht der Umgebungsluft die Wärme. Die Vorteile dieses Systems liegen in dem geringen Planungsaufwand und der einfachen Installation. Dabei benötigt es obendrein keine großartige Regelung. Einen Nachteil bringen Brauchwasser-Wärmepumpen dennoch mit sich: Die Jahresarbeitszahl liegt Studien zufolge (Agenda 21 Gruppe Lahr) meist nur um die 2.

Ein anderer Weg ist, das Warmwasser über die Heizungswärmepumpe zu erwärmen. Hierbei versorgt die Wärmepumpe einen Warmwasserspeicher. Bei einer Erdreichanlage ist das die effizientere Wahl. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit der Solaranbindung. Nachteile ergeben sich aus der aufwendigeren Installation des Speichers und der Regelung. Um unnötige Energieverluste zu vermeiden, ist eine sorgfältige Auslegung des Rohrnetzes wichtig. Zudem muss die Speichergröße den Anforderungen und dem Nutzerverhalten angepasst werden. Bei Kompaktwärmepumpen mit integrierter Warmwasserbereitung ist das in vielen Fällen schwierig. Oft betragen die Speichergrößen nur 170 bis 220l, kaum ausreichend für ein Vollbad. Um das zu realisieren und der Legionellenprophylaxe nachzukommen, ist ein E-Heizstab notwendig.

Frischwassersysteme sind da meist eine sinnvolle Alternative. Sie haben den Vorteil, dass Legionellenbildung so gut wie ausgeschlossen ist. Somit entfällt die Legionellenprophylaxe. Eine Solaranbindung ist hierbei ebenfalls möglich. Nur die 3-l-Beschränkung ist zu beachten. Besonders der Anschluss der Spüle sorgt meist für Probleme. Ein elektronisch geregelter Mini-Durchlauferhitzer kann hierbei Abhilfe schaffen.

Als dezentrales System, welches aus einem Pufferspeicher über eine Zirkulationsleitung gespeist wird, bietet sich die Frischwassertechnik ebenfalls an. Die Stationen werden dabei in den einzelnen Wohnungen installiert. Dadurch befinden sie sich dicht an den Entnahmestellen, wodurch die 3-l-Regel meist problemlos eingehalten werden kann. Da Warmwasser selten mit mehr als 45°C aus dem Hahn kommen muss, kann eine Standard-Wärmepumpe verwendet werden, die 55°C erreichen kann. Der einzige Nachteil ergibt sich aus den etwas höheren Kosten der Stationen pro Wohneinheit. In Verbindung mit einer statischen Heizungsanlage, die auf einem ähnlichen Temperaturniveau läuft wie das Warmwasser, können die Frischwasserstationen auch direkt von der Heizungsseite her angefahren werden. Es ist dann keine eigene Verrohrung notwendig.

Technik spielt auch eine Rolle

Auch die Technik der Wärmepumpe selbst kann helfen, beispielsweise mit einer Heißgasenthitzung. Nach dem Verdichten kann das Kältemittel Temperaturen von fast 100°C erreichen. Über einen vorgeschalteten Wärmeübertrager kann der Temperaturbereich bis ca. 65°C herunter ausgekoppelt und zur Warmwasserbereitung verwendet werden. Damit sind ohne Weiteres 65°C erreichbar und die Legionellenfreiheit ist gegeben. Wenig Sinn macht aber die Verwendung einer Heißgasenthitzung in Verbindung mit einer Heizung, die schon auf einem ähnlichen Temperaturniveau arbeitet.

Bei Großanlagen bleibt als letzte Lösung nur eine Hochtemperaturwärmepumpe. Auch hier muss man zwischen den Anforderungen und den technischen Konzepten differenzieren.

Wärmepumpe ist nicht gleich Wärmepumpe

Das Prinzip einer Wärmepumpe ist zwar immer gleich. Dennoch unterscheiden sie sich in ihren Details und besitzen so individuelle Eigenschaften.

Wärmepumpe mit Niederdruckkältemittel

Bei Verwendung von dem Niederdruckkältemittel „R134a“ sinkt die Drucklage, der Verdichter muss weniger „arbeiten“ um auf höhere Temperaturen zu kommen. Die deshalb fehlende Leistung muss über einen größeren Verdichter kompensiert werden.

Wärmepumpe mit Dampfeinspritzung

Mit dem „EVI-Zyklus“ (engl. Enhanced Vapour Injection) können Vorlauftemperaturen bis 65°C auch mit dem Kältemittel „R407c“ erreicht werden. Bei diesem Verfahren wird ein Teil des Kältemittels über ein Ventil abgeführt, entspannt, abgekühlt und über einen Zusatzwärmetauscher zum Verdichter geführt.

Wärmepumpe mit zweistufigen Verdichtereinheiten

Der Verflüssiger der ersten Stufe ist der Verdampfer der zweiten. Bei diesem System werden unterschiedliche Kältemittel verwendet. Eine solche Anordnung erfordert einen dauerhaften Betrieb beider Verdichter, da nur auf der zweiten Stufe Wärme an die Heizung abgegeben werden kann. Noch effizienter ist das System mit „EVI“ und einer Leistungsregelung.

Fazit

Eine Wärmepumpe mit ungünstigen Betriebsbedingungen kann nicht effizient Warmwasser bereiten. Es ist wie mit einer Kette, deren Stärke vom schwächsten Glied bestimmt wird. Noch viel wichtiger ist der Aspekt Hygiene. Denn eines sollte klar sein: Gesundheit kommt vor Energieeffizienz. Genaue Planung und das Einhalten der für die Hygiene relevanten Normen sind unumgänglich.

Autor: Bernhard Wenzel

Bilder, soweit nicht anders angegeben: Klima-Innovativ e.V.

www.klima-innovativ.de