Zentrale Warmwasserversorgung im Einfamilienhaus

1) l_max =in m

V = Wasserinhalt des Rohres in l/m

Stockwerksleitungen werden allgemein ohne Zirkulation ausgeführt. Abhängig von der Verwendung starrer und flexibler Rohre, mit Einfach- und Doppelanschlüssen für die Entnahmearmaturen kann die Leitungsführung entsprechend den in Bild 2 dargestellten Verlegesystemen vorgenommen werden. Dabei ist folgende Bewertung zu beachten:

• Die geradlinige konventionelle Leitungsführung nach Bild 2a mit Einfachanschlüssen für die Entnahmearmaturen ergibt die kürzesten Leitungslängen und damit vergleichsweise die geringste Ausstoßzeit sowie die kleinsten Ausstoßverluste. Damit verbunden sind die niedrigsten Investitions-, Amortisations- und Betriebskosten. Die Stockwerksleitung kann als Einheit oder in Teilabschnitten vorgefertigt und rationell eingebaut werden.
• Stockwerksverteiler mit Einzelzuleitungen zu den Einfachanschlüssen der Entnahmearmaturen nach Bild 2b ergeben große Rohrlängen und eine entsprechend große Ausstoßzeit mit großen Ausstoßverlusten. Der Planungsaufwand wird als verhältnismäßig gering eingeschätzt, auch ist der Zeitaufwand für die Rohrverlegung je m Rohrlänge klein. Letzterer wird jedoch durch die großen Rohrlängen erhöht. Dieses System ist in der Regel vergleichsweise mit den größten Investitions-, Amortisations- und Betriebskosten verbunden.
• Die Strangleitungsführung nach Bild 2c mit Doppelanschlüssen und an den Endpunkten der Stockwerksleitung mit Einzelanschlüssen der Entnahmearmaturen besitzt einen zwischen den Verlegesystemen nach Bild 2a und 2d liegenden Aufwand an Rohrlänge. Ausstoßzeit und Ausstoßverluste liegen im Vergleich der Verlegesysteme an zweiter Stelle. Das gilt ebenfalls für die Investitions-, Amortisations- und Betriebskosten. Der Wasseraustausch wird in allen Leitungsabschnitten, auch bei den weniger häufig benutzten Entnahmestellen begünstigt, wenn deren Anordnung nicht am Endpunkt der Stockwerksleitung erfolgt. Die Anordnung von Klosettbecken oder Waschbecken, die häufig benutzt werden, am Endpunkt der Stockwerksleitung ist bei diesem System daher vorteilhaft.
• Die Ringleitungsführung mit Doppelanschlüssen an allen Entnahmearmaturen nach Bild 2d erfordert einen etwas geringeren Aufwand an Rohrlänge als das Einzelzuleitungssystem nach Bild 2b. Diese Rangfolge gilt auch bezüglich der Beurteilung von Ausstoßzeit und Ausstoßverlust sowie von Planungs- und Montageaufwand. Die Investitions-, Amortisations- und Betriebskosten liegen vergleichsweise an dritter Stelle. Der Zufluss über Doppelanschlüsse zu den Entnahmearmaturen erfolgt jeweils über zwei parallel zueinander verlaufende Zuleitungen und ergibt einen verhältnismäßig geringen Druckverlust für die Stockwerksleitung. Erreicht wird außerdem ein ständiger Wasseraustausch in allen Leitungsabschnitten, auch bei den weniger häufig benutzten Entnahmestellen.

Bild 2: Stockwerkleitungs-Verlegesystem: a) geradlinige konventionelle Leitungsführung mit einfachen Armaturenanschlüssen, b) Stockwerksverteiler mit Einzelleitungen bei flexiblen Rohren mit einfachen Armaturenanschlüssen, c) Strangleitungsführung bei flexiblen Rohren mit doppelten und an den Endpunkten einfachen Armaturenanschlüssen, d) Ringleitungsführung bei flexiblen Rohren mit doppelten Armaturenanschlüssen.

Warmwasserverteilsysteme mit Zirkulation können ausgeführt werden mit:

• Schwerkraftzirkulation (natürliche Zirkulation),
• Pumpenzirkulation (zwangsweise Zirkulation).

Der Wasserinhalt des Rohrnetzes, d.h. nur der Leitungen, in denen die Zirkulation stattfindet, ohne Berücksichtigung des Wasserinhalts im Wassererwärmer, wird dabei im Kreislauf umgewälzt und im Wassererwärmer wieder nacherwärmt. Dadurch werden die im Zirkulationskreislauf auftretenden Wärmeverluste ersetzt, sodass auch nach längeren Entnahmepausen sofort bzw. mit nur kurzer Verzögerung warmes Wasser entnommen werden kann. Die Zirkulationsleitungen sind dazu möglichst nahe an die Entnahmestellen heranzuführen. Keinesfalls darf die Länge der Verbrauchsleitungen ohne Zirkulation die entsprechenden Richtwerte in Tabelle 1 überschreiten. Bei der unteren Verteilung ist die Zirkulationsleitung nach Bild 3 etwa 300 mm unterhalb der obersten abzweigenden Stockwerksleitung an die Warmwasser-Steigleitung anzuschließen. Eine Ausführungsvariante mit unterhalb der Keller- und der Erdgeschossdecke verlaufenden Warmwasserverteilungs- und Zirkulationsleitungen zeigt Bild 4. Damit sind die kürzesten Warmwasser-Stichleitungen ohne Zirkulation zu den Entnahmestellen zu erreichen.

Kombinierte Warmwasserverteilsysteme setzen sich aus dem Zirkulationssystem und dem Einzelleitungssystem zusammen (Bild 5). Das Einzel- oder Sammelleitungssystem kann auch mit der elektrischen Begleitheizung kombiniert werden.

Die elektrische Begleitheizung ermöglicht mit einem selbstregelnden Heizband die gewünschte Temperaturhaltung bei Warmwasser-Verbrauchsleitungen ohne Zirkulation (Bild 5). Das Heizband kann für Rohre der Nennweite 15 bis 100 und alle Rohrmaterialien eingesetzt werden. Zu beachten ist eine Abhängigkeit zur Wärmeleitfähigkeit des Rohrwerkstoffes. Kupferrohr besitzt mit einer Wärmeleitfähigkeit von 372 W/(m K) und einer geringen Wanddicke vergleichsweise den besten Wärmedurchgang und ergibt den besten Wirkungsgrad. Verzinkte Stahlrohre mit einer Wärmeleitfähigkeit von 58 W/m K, Edelstahlrohre mit 15 W/m K und Kunststoffrohre mit 0,15 bis 0,21 W/m K besitzen eine wesentlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit.

Hydraulische Anforderungen

Die zeitlich und mengenmäßig ausreichende Belieferung der Entnahmestellen mit Warmwasser hängt ab von:

• der Zweckbestimmung des Warmwasserverbrauchs,
• der Größe, d.h. der Dimension der Entnahmestellen,
• der Anzahl der Entnahmestellen und deren ausgedehnten Lagen,
• den Spitzendurchflüssen der Teilstrecken,
• den zulässigen Druckverlusten,
• den Rohrleitungsdimensionen.

Aus wirtschaftlichen Gründen sollte die Dimensionierung der Warmwasserleitungen nach effektiven Durchflusswerten der Entnahmearmaturen und vorliegenden Durchflussmessungen bezüglich der Gleichzeitigkeit erfolgen. Im Sinne des Energiesparens ist es sinnvoll, einen größeren Druckverlust als nach der Berechnung hinzunehmen, als größere Dimensionen zu wählen, die einen rechnerischen Drucküberschuss ergeben.

Wärmetechnische Anforderungen

Wärmetechnische Anforderungen an Warmwasser-Verteilsysteme ergeben sich durch temperaturbedingte Nutzungsanforderungen und aus der Notwendigkeit, die Wärmeverluste so gering wie möglich zu halten. Von speziellen betriebstechnischen Anforderungen abgesehen, soll die Temperatur des Warmwassers im Erwärmer für Haushaltszwecke 60°C nicht überschreiten. Temperaturen unter 55°C haben für das Geschirrspülen ein unbefriedigendes Ergebnis. Temperaturen über 60°C bergen in Abhängigkeit von der Wasserhärte große Risiken der Verkalkung und bei Metallrohren der Korrosion. Sie vergrößern gleichzeitig die Wärmeverluste.

Hygienische Anforderungen

Hygienische Anforderungen ergeben sich aus einer Krankheitsgefährdung im Sanitärbereich durch pathogene Mikroorganismen (Legionellen, Mykobakterien, Pseudomonas aeruginosa, Coliforme Keime, Staphylokokken, Streptokokken, Hepatitis-Erreger), die im Warmwasser-Versorgungsbereich zu Erkrankungen führen können. Davon besitzen Legionellen der Art "Legionella pneumophila" als Krankheitsursache die größte Bedeutung. Die Legionellen haben eine kurze bis längliche Stäbchenform mit einem Durchmesser von 0,3 bis 0,8bei einer Länge von 0,3(bei Kugelform als Keimlinge) bis etwa 3. Sie befinden sich dabei in der Größe lungengängiger Aerosoltröpfchen¹⁾. Sie führen durch Einatmen eines legionellenhaltigen Aerosols, d.h. feinster versprühter Wassertröpfchen und Wassernebel mit einem Durchmesser bis ca. 5 (10^-6 m) zu Erkrankungen. Die Erkrankungen verlaufen als schwere Lungenentzündung mit einer hohen Todesrate oder als das sogenannte Pontiac-Fieber, bei dem es für wenige Tage zu hohem Fieber kommt.

Legionellen kommen hauptsächlich im Wasser vor; in Oberflächengewässern wie Flüsse, Seen, Teiche oder Schlamm, in öffentlichen Brunnen, im Grundwasser selten, in der Trinkwasserversorgung, nicht in salzhaltigem Meerwasser. Eine Gefährdung besteht vor allem in zentralen Warmwasserversorgungsanlagen, Schwimmbecken, Warmsprudelbecken (Whirlpools), Kühltürmen und Luftwäschern (Luftbefeuchtungsanlagen) von Klimaanlagen und Kraftwerkskühlsystemen. Einen wesentlichen Einfluss auf ihr Vorkommen hat die Wassertemperatur. Nur in seltenen Fällen hat man sie aus kaltem Leitungswasser unter 15°C isoliert, auch ist in diesem Temperaturbereich keine Vermehrung zu befürchten. Für eine Vermehrung ist eine Temperatur von etwa 25°C die untere Grenze und eine Temperatur zwischen 32 und 43°C als optimal anzusehen. Abhängig von der Nahrungsgrundlage (Eiweißstoffe, abgestorbene Mikroorganismen, Pflanzen) liegt die Generations- oder Verdoppelungszeit um eine Zehnerpotenz der Legionellen unter optimalen Kulturbedingungen etwa bei 2,8 bis 3,9 Stunden. Beim Trinkwasser mit einer weniger günstigen Nahrungsgrundlage ergeben sich 5 bis 13 und mehr Stunden. Sie führen zu dem Ergebnis, dass eine massive Vermehrung als Voraussetzung einer Legionella-Infektion vor allem durch über mehrere Tage stagnierendes Wasser verursacht wird.

Bei Wassertemperaturen oberhalb 43°C setzt der Absterbeprozess ein, der mit steigender Temperatur beschleunigt wird. So beträgt die Zeit in der sich die koloniebildenden Einheiten (KBE²) einer Bakterienpopulation um eine Zehnerpotenz reduziert bei 50°C etwa 29 Minuten, bei 57,5°C etwa 6 Minuten, bei 60°C etwa 2 Minuten und bei 70°C nur wenige Sekunden.

Technische Maßnahmen zur Verminderung des Legionellenwachstums in Trinkwassererwärmungs- und Leitungsanlagen sind in den DVGW Arbeitsblättern W 551, W 552 und W 553 [2, 3, 4] vorgegeben. Nach dem DVGW Arbeitsblatt W 551 gelten folgende Anforderungen:

• Dezentrale Durchfluss-Trinkwassererwärmer mit einem Volumen < 3 l können bei Leitungslängen zu den Entnahmestellen mit einem Wasservolumen < 3 l ohne weitere Maßnahmen verwendet werden.
• Am Warmwasseraustritt des Trinkwassererwärmers muss bei bestimmungsgemäßem Betrieb eine Temperatur von 60°C³⁾ eingehalten werden können.
• Kleinanlagen sind Speicher-Trinkwassererwärmer und zentrale Durchfluss-Trinkwassererwärmer in Einfamilien- und Zweifamilienhäusern mit einem Inhalt < 400 l und einem Inhalt < 3 l in jeder Rohrleitung zwischen dem Abgang Trinkwassererwärmer und Entnahmestelle. Dabei wird die eventuelle Zirkulationsleitung nicht berücksichtigt. Die Tabelle 2 enthält abhängig von der lichten Rohrweite die zulässigen Leitungslängen für Einzel- und Sammelzuleitungen ohne Zirkulation oder elektrische Begleitheizung. Da die entsprechenden Richtwerte in Tabelle 1 für die Leitungslänge abhängig von der als zulässig anzusehenden Ausstoßzeit erheblich kleiner sind, bestehen mit dem Grenzwert des Wasserinhalts von < 3 l keine Einschränkungen.

Tabelle 2: Zulässige Leitungslängen für Einzel- und Sammelzuleitungen ohne Zirkulation oder elektrische Begleitheizung zu den Entnahmearmaturen nach DVGW Arbeitsblatt W 551 mit einem Wasserinhalt < 3 Liter

l = in m

V = Wasserinhalt des Rohres in Liter/m

• Großanlagen sind alle anderen Anlagen mit einem Inhalt > 400 l der Speicher-Trinkwassererwärmer. Sie müssen so konzipiert sein, dass der gesamte Wasserinhalt der Vorwärmstufe einmal am Tag auf 60°C³⁾ erwärmt werden kann.
• In Großanlagen sind Zirkulationssysteme oder Begleitheizungen einzubauen.
• Zirkulationsleitungen und -pumpen oder selbstregelnde Begleitheizungen sind so zu bemessen, dass im zirkulierenden Warmwassersystem die Warmwassertemperatur um nicht mehr als 5 K gegenüber der Austrittstemperatur des Trinkwassererwärmers unterschritten wird. In einer Anmerkung wird darauf hingewiesen, dass das Berechnungsverfahren nach DIN 1988-3 [5] zur Auslegung der Anlagen unter Umständen nicht genügt. Angebracht ist ein Hinweis, dass dieses Berechnungsverfahren grundsätzlich ungeeignet ist, worauf von mir in einer Veröffentlichung [6] eingegangen wurde.
• Stockwerks- und Einzelzuleitungen mit einem Wasservolumen < 3 l können ohne Zirkulationsleitungen oder selbstregelnde Begleitheizung gebaut werden. Dafür gelten die Angaben in Tabelle 2.
• In Stockwerksleitungen mit einem Wasservolumen > 3 l sind zusätzlich Zirkulationsleitungen oder selbstregelnde Begleitheizungen einzubauen. Praktisch kommen diese Voraussetzungen allerdings kaum vor, da die zulässigen Leitungslängen nach Tabelle 2 in der Regel unterschritten werden.
• Zwischen Durchgangsmischarmaturen und Entnahmestelle ist das Wasservolumen der Verbindungsleitung auf < 3 l zu begrenzen.

Warmwasserverteilsysteme größerer Ausdehnung und mit einem Wasservolumen > 3 l sind allgemein mit Zirkulation auszuführen. Schwerkraftzirkulationen sind aus hygienischer Sicht nicht zu empfehlen, da die Temperaturdifferenz zwischen Erwärmeraustritt und Zirkulationseintritt in den Erwärmer zu groß ausfällt. Fortsetzung folgt

1) Aerosole sind kleinste Partikel mit einem Durchmesser von 0,1 bis 5 , die bis in die engsten Lungenverästelungen eindringen können.

 2) Als Koloniezahl (Koloniebildende Einheiten, KBE) wird die Zahl der mit 6- bis 8-facher Lupenvergrößerung sichtbaren Kolonien definiert, die sich aus den in 1 ml des zu untersuchenden Wassers befindlichen Bakterien in Plattengusskulturen mit nährstoffreichen, peptonhaltigen Nährböden (1% Fleischextrakt, 1% Pepton) bei einer Bebrütungstemperatur von 20°C + 2°C und 36°C + 1°C nach minimal 24 + 4 Stunden, wenn negativ bis 44 + 4 Stunden Bebrütungsdauer bilden.

3) Unter Berücksichtigung z.B. der Schaltdifferenz des Reglers darf eine Temperatur von 55°C nicht unterschritten werden.

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