IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 13/2000, Seite 28 ff.


SANITÄRTECHNIK


Zentrale Warmwasserversorgung im Einfamilienhaus

Aspekte der Wasser- und Energieeinsparung

Dr.-Ing. Hugo Feurich VDI Teil 1

Zentrale Warmwasserversorgungsanlagen für Ein- und Zweifamilienhäuser, aber auch für Dreifamilienhäuser, mit kurzen Leitungslängen zwischen Wassererwärmer und Entnahmestelle, können ohne Zirkulation ausgeführt werden, wenn die Warmwasser-Ausstoßverluste und die damit verbundenen Energieverluste gering sind. Stockwerksleitungen, die allgemein ohne Zirkulation ausgeführt werden, haben darauf abhängig von dem anzuwendenden Verlegesystem ohne und mit Stockwerksverteiler, mit Strangleitungsführung oder Ringleitungsführung einen zu berücksichtigenden Einfluss. Da in der Regel nicht alle Warmwasser-Verteilungsleitungen für diesen Anwendungsfall den praktizierten Richtwerten entsprechen, ist zu prüfen, ob eine Ausführung mit Pumpenzirkulation, gegebenenfalls auch nur einzelner Verteilungsbereiche, zu einer Wasser- und Energieeinsparung führt. Die nachstehende Untersuchung behandelt an dem Beispiel eines Einfamilienhauses die dafür geltenden Voraussetzungen an unterschiedlichen Ausführungsvarianten.

Gliederung der Warmwasserversorgung

Die Aufgabe der Warmwasserversorgung besteht für alle Anwendungsbereiche in der Erzeugung von erwärmtem Trink-, Betriebs- oder Brauchwasser und in der Verteilung zu den Entnahmestellen. Unter dem Gesichtspunkt der Zweckmäßigkeit soll Warmwasser den jeweiligen Anforderungen der Verbraucher entsprechend an den Entnahmestellen in erforderlicher Menge, gewünschter Temperatur und unter einem der Entnahmearmatur entsprechenden Fließdruck jederzeit zur Verfügung stehen.

Eine Warmwasserversorgungsanlage besteht aus dem Wassererwärmer, der Kaltwasser-Zuleitung, der Warmwasser-Verbrauchsleitung und gegebenenfalls einer Warmwasser-Zirkulationsleitung oder einer elektrischen Begleitheizung. Nach der Anzahl und Lagezuordnung von Wassererwärmer und Warmwasser-Entnahmestellen werden folgende Versorgungsarten unterschieden:

Bild 1: Warmwasser-Verteilsysteme ohne Zirkulation
a) Einzelleitungssystem
b)Sammelleitungssystem.

Warmwasserverteilsysteme

Warmwasser-Verteilanlagen haben die Aufgabe, das im Erwärmer zur Verfügung stehende Warmwasser zu den Entnahmestellen zu verteilen. Sie unterliegen abhängig von der Ausführungsart ohne Zirkulation, mit elektrischer Begleitheizung oder mit Zirkulation sowie abhängig von der Warmwassernutzung bestimmten hydraulischen, wärmetechnischen und hygienischen Anforderungen. Warmwasserverteilsysteme ohne Zirkulation können nach Bild 1a als Einzelleitungssystem, bei dem jede Entnahmestelle mit einer separaten Leitung ab Austritt Wassererwärmer angeschlossen wird, oder nach Bild 1b als Sammelleitungssystem ohne Rückführung zum Wassererwärmer ausgeführt werden. Sie sind anzuwenden, wenn:

Tabelle 1: Richtwerte für Ausstoßzeit und maximale Länge von Warmwasser-Einzel- und Sammelzuleitungen ohne Zirkulation oder elektrische Begleitheizung

Entnahmestelle

Maximale Ausstoßzeit
Tmax
s

Stahlrohr DIN 2440

Kupferrohr DIN EN 1057

DN
Zoll/mm

Wasser-
inhalt
l/m

Länge
lmax1)
m

DN
mm x mm

Wasser-
inhalt
l/m

Länge
lmax1)
m

Ausguss
= 0,15 l/s

5 bis 8

3⁄8 / 10
1⁄2 / 15

0,1227
0,2010

6 bis 10
4 bis 6

10 x 1
12 x 1
15 x 1
18 x 1

0,0502
0,0785
0,1327
0,2010

15 bis 24
10 bis 15
6 bis 9
4 bis 6

Badewanne
= 0,15 l/s

15 bis 25

1⁄2 / 15
3⁄4 / 20

0,2010
0,3662

11 bis 19
6 bis 10

15 x 1
18 x 1
22 x 1

0,1327
0,2010
0,3140

17 bis 28
11 bis 19
7 bis 12

Bidet
= 0,07 l/s

8 bis 10

3⁄8 / 10
1⁄2 / 15

0,1227
0,2010

5 bis 6
3 bis 4

10 x 1
12 x 1
15 x 1

0,0502
0,0785
0,1327

11 bis 14
7 bis 9
4 bis 5

Brause
= 0,15 l/s

10 bis 15

3⁄8 / 10
1⁄2 / 15
3⁄4 / 20

0,1227
0,2010
0,3662

12 bis 18
7 bis 11
4 bis 6

12 x 1
15 x 1
18 x 1
22 x 1

0,0785
0,1327
0,2010
0,3140

19 bis 29
11 bis 17
7 bis 11
5 bis 7

Haushaltsge-
schirrspül-
maschine
= 0,15 l/s

15 bis 25

1⁄2 / 15
3⁄4 / 20

0,2010
0,3662

11 bis 19
6 bis 10

15 x 1
18 x 1
22 x 1

0,1327
0,2010
0,3140

17 bis 28
11 bis 19
7 bis 12

Haushaltswasch-
maschine
= 0,25 l/s

15 bis 25

1⁄2 / 15
3⁄4 / 20

0,2010
0,3662

19 bis 31
10 bis 17

15 x 1
18 x 1
22 x 1

0,1327
0,2010
0,3140

28 bis 47
19 bis 31
12 bis 20

Spülbecken
= 0,07 l/s

5 bis 10

3⁄8 / 10
1⁄2 / 15

0,1227
0,2010

3 bis 6
2 bis 4

12 x 1
15 x 1

0,0785
0,1327

4 bis 9
3 bis 5

Waschbecken
= 0,07 l/s

8 bis 10

3⁄8 / 10
1⁄2 /15

0,1227
0,2010

5 bis 6
3 bis 4

10 x 1
12 x 1
15 x 1

0,0502
0,0785
0,1327

11 bis 14
7 bis 9
4 bis 5

1) lmax =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:

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:

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.

Bild 3: Warmwasser-Verteilsystem mit Zirkulation bei unterer Verteilung.

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.

Bild 4: Installationsschema der zentralen Warmwasserversorgungsanlage eines zweigeschossigen Einfamilienhauses mit unterhalb der Keller- und Erdgeschossdecke zu den Entnahmestellen verlaufenden Warmwasserverteilungs- und Zirkulationsleitungen. (Quelle: Grundfos)

Hydraulische Anforderungen

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

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.

Bild 5: Kombiniertes Warmwasser-Verteilsystem.

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 60C nicht überschreiten. Temperaturen unter 55C haben für das Geschirrspülen ein unbefriedigendes Ergebnis. Temperaturen über 60C 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 15C isoliert, auch ist in diesem Temperaturbereich keine Vermehrung zu befürchten. Für eine Vermehrung ist eine Temperatur von etwa 25C die untere Grenze und eine Temperatur zwischen 32 und 43C 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 43C 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 50C etwa 29 Minuten, bei 57,5C etwa 6 Minuten, bei 60C etwa 2 Minuten und bei 70C 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:

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

di
mm

I
m

di
mm

I
m

di
mm

I
m

8

59

14,4

18

20,4

9

8,4

54

15

17

21,2

8

10

38

16

15

21,6

8

11,5

29

16,6

14

23,2

7

11,6

28

17

13

25

6

12,5

24

18

11

25,6

6

13

22

19,6

10

26

5

13,6

20

20

9

26,6

5

l = in m

V = Wasserinhalt des Rohres in Liter/m

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 20C + 2C und 36C + 1C 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 55C nicht unterschritten werden.


[Zurück]   [Übersicht]   [www.ikz.de]