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Praktikable Abwehr bei unliebsamen WasserbegleiternHygiene in trinkwasserführenden Systemen - Armaturen im Kampf gegen Legionellen in bestehenden Anlagen

Gemeinhin vertraut man darauf, dass durch Trinkwasser keine Gesundheitsschädigungen verursacht werden – schon gar nicht aus der Hausinstallation. Mit fortschreitender Entwicklung und wachsender Komplexität von Trinkwasseranlagen sind neue, früher weitgehend unbekannte Risiken durch Mikroorganismen entstanden, vor allem in weitverzweigten Installationssystemen (Krankenhäuser, Altenheime, Hotels u. a.).

Probenahmeventil für mikrobiologische Parameter.

 

Allgemeine Erfahrungen lassen den Schluss zu, dass ein Hausinstallationssystem nicht nur hinsichtlich Legionellen, sondern anderer Mikroorganismen bedeutungsvoll ist. Insofern sind die Kalt- und Warmwasserleitungen als mögliche Infektionsquelle in Betracht zu ziehen. Mit der Trinkwasser-Verordnung aus dem Jahr 2001 sind in § 3 Hausinstallationssysteme als Wasserversorgungsanlagen einbezogen worden. Für den Betreiber ergeben sich hieraus Konsequenzen im Hinblick auf die Verkehrssicherungspflicht und hinsichtlich seiner daraus resultierenden Verantwortung.
Beobachtungen aus der Praxis zeigen, dass in der Gesamtkette Planung, Ausführung und Betrieb massive Verletzungen grundlegender Hygieneregeln vorkommen. Sie führen zu einer nachhaltigen und oft nur schwierig zu beseitigenden mikrobiellen Verunreinigung des Hausinstallationssystems. Als mögliche Risikofaktoren für Kontaminationen (Belastungen) im Kalt- und teilweise Warmwassersystem können genannt werden:
• nicht sachgerechte Planung (Überdimensionierung von Speicher und Leitungen),
• nicht regelmäßig genutzte Leitungsteile mit stagnierendem (stehendem) Wasser,
• mangelhafte, nicht fachgerechte Installation,
• Verwendung ungeeigneter Materialien und Bauteile,
• nicht bestimmungsgemäßer Betrieb,
• erhöhte Temperatur im Kaltwasserbereich von deutlich mehr als 20 °C,
• Begünstigung der Biofilmbildung,
• nicht sachgerechte Dichtigkeitsprüfung vor Inbetriebnahme,
• nicht sachgerechte Inbetriebnahme.

 

Temperaturverlauf und Volumenstromverteilung in einer nicht einregulierten Anlage, berechnet nach DIN 1988-3.

 

Temperaturverlauf und Volumenstromverteilung in einer nach DVGW W 553 berechneten und mittels Zirkulationsventilen einregulierten Anlage.

 

Hygiene ist ein Muss
Von besonderer Bedeutung für die mikrobiologische Qualität des Trinkwassers sind sogenannte Biofilme. Sie bestehen aus Bakterien, Pilzen oder Algen und einer nicht zu den Zellen gehörenden Verbindungsmasse (extrazelluläre Schleime). In sie können Eisen- oder Kalkablagerungen eingebaut sein. Biofilme besiedeln alle Flächen, an denen mikrobielles Wachstum möglich ist, z. B. Rohrwandungen, Speicher und Apparate.
Krankheitserreger wie Legionellen können sich im Schutz des Biofilms widrigen Lebensumständen entziehen. Begünstigt wird das Biofilmwachstum durch Stagnation von Wasser, geringe Fließgeschwindigkeiten und den Nährstoffgehalt des Wassers. Jedes Sanierungskonzept, das die Eliminierung oder Reduzierung von Bakterien zum Ziel hat, muss auf eine Reduzierung der Bio­filme abzielen. Nur so können nachhaltige Wirkungen erreicht werden.

 

Automatisches/thermostatisches Zirkulations-Regulierventil „Multi-Therm“.

Kennlinie des Regulierventils „Multi-Therm“.

Ein Zusammenhang zwischen der Kontamination von Warmwassersystemen und dem Auftreten von Legionellosen (Infektionskrankheit der Atemwege) gilt heute als gesichert. Die Übertragung erfolgt fast ausschließlich über das Einatmen von kleinsten Wassertröpfchen. Deshalb kommt hygienischen Präventivmaßnahmen zur Reduktion von Legionellen in wasserführenden Systemen eine herausragende Bedeutung zu. Mögliche kritische Punkte, bei denen wachstumsfördernde Temperaturbereiche erreicht werden können, sind:
• Temperaturschichtung in Speichern,
• Ablagerungen in Speicher und Verteilern,
• stagnierende Leitungsteile (Änderung der Nutzung, nicht unmittelbar an der Zirkulation abgetrennte Teile, Bauen auf Vorrat),
• nicht ausreichend zirkulierendes Wasser,
• zu große Wärmeverluste im Zirkulationssystem,
• Wärmeübergang vom Warm- auf das Kaltwasser.
Trinkwasserführende Systeme sind deshalb so zu planen, auszuführen, zu betreiben und instand zu halten, dass sie das Wachstum oder die Bildung von Biofilmen bzw. Mikroorganismen nicht begünstigen (VDI 6023):
• durch Verwendung von Installationsmaterialien, von denen möglichst keine verwertbaren Nährstoffe abgegeben werden,
• durch Vermeidung von Stagnation des Trinkwassers,
• durch Vermeidung unnötiger Speicherung des Trinkwassers,
• durch Vermeidung von wachstumsfördernden Temperaturbereichen.

Berechnungsverfahren
Damit Warmwasserinstallationen nicht verkeimen, darf die Temperaturdifferenz des Wassers an der Zapfstelle gegenüber der Temperatur im Trinkwassererwärmer 5 K nicht überschreiten. Zudem ist eine Wiedereintrittstemperatur des zirkulierenden Warmwassers in den Speicher von mind. 55 °C vorgeschrieben. Demnach muss die Speichertemperatur mind. 60 °C betragen.
Wie in der Fachwelt bekannt, kann in größeren Anlagen mit dem Bemessungsverfahren für Zirkulationsleitungen gemäß DIN 1988-3 (Ermittlung der Rohrdurchmesser) diese Temperaturgrenze nicht zwangsläufig eingehalten werden. Aus diesem Grund hat der DVGW (Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches) geeignetere Bemessungsverfahren entwickelt und im Arbeitsblatt W 553 (Bemessung von Zirkulationssystemen in zentralen Trinkwassererwärmungsanlagen) veröffentlicht. Danach muss zunächst der Wasserinhalt durch konstruktive Maßnahmen und durch die Dimensionierung der Leitungen so gering wie möglich gehalten werden. Aus dieser Forderung resultieren kurze Verweilzeiten des Trinkwassers in der Anlage, verbunden mit einem schnellen Wasseraustausch.
Stagnierendes Wasser und die Erwärmung von kaltem Trinkwasser durch Umgebungseinflüsse sind immer zu vermeiden. Kaltwasser sollte stets Temperaturen unterhalb von 25 °C, besser von 20 °C haben. Durch Zirkulationssysteme muss sichergestellt werden, dass die Temperatur an keiner Stelle des Versorgungssystems dauerhaft geringer wird als 55 °C. Ausgenommen sind Stockwerksleitungen mit einem Wasservolumen von unter 3 l, sofern keine erhöhten Anforderungen gestellt sind. Insgesamt gesehen hat die Bemessung von Trinkwassererwärmungs-, Verteilungs- und Zirkulationsanlagen daher nicht nur unter funktionalen und wirtschaftlichen, sondern auch unter trinkwasserhygienischen Gesichtspunkten zu erfolgen.
Werden in einer Anlage trinkwasserhygienische Probleme festgestellt, so haben die Verantwortlichen den Nachweis zu erbringen, dass Planung, Bemessung und Bau der gesamten Trinkwasserinstallation den zum Zeitpunkt der Ausführung gültigen Technischen Regeln entsprochen haben. Folgende rechnerische Nachweise sind erforderlich:
• Bemessung der Leitungsanlage für kaltes und erwärmtes Trinkwasser nach DIN 1988-3,
• Bemessung der Zirkulationsleitungen auf Grundlage der DVGW-Arbeitsblätter W 551 und W 553,
• Nachweis des Wasserinhalts in nicht zirkulierenden Leitungsteilen.

 

Automatisches Feinstregulierventil „Eta-Therm“ (links), rechts als Unterputzversion.

 

Überwachung des Trinkwassersystems
In öffentlichen Gebäuden ist nach der Trinkwasserverordnung einmal jährlich eine Untersuchung auf Legionellen vorgeschrieben. Dafür ist der Betreiber zuständig, der die Untersuchungen beauftragt, z. B. bei einem lokalen Hygiene-Institut. Im DVGW-Arbeitsblatt W 551 werden die Örtlichkeiten näher definiert, an denen die Probenahmestellen sitzen sollen. In der Praxis finden sich jedoch häufig keine geeigneten Entnahmehähne. Dadurch wird die Probenahme unnötig zeitaufwendig oder wird nicht immer fachgerecht durchgeführt. Es muss sich eine zweite Probenahme anschließen, wenn anhand des Erstbefunds nicht erkennbar ist, ob die mikrobiologische Kontamination aus dem Trinkwassernetz stammt oder durch das unsachgemäße Vorgehen bei der Probenahme. Infolge addieren sich die Kosten für mehrmalige Probenahmen und die vorübergehende Einrichtung von Behelfsprobenahmestellen. Daher empfiehlt es sich, bereits bei der Planung von Trinkwasserinstallationen geeignete Probenahmestellen zu definieren bzw. im Bestand nachzurüsten.

Anforderungen, Auslegung, Berechnung
Aufgrund der neuen Anforderungen an den Betrieb von Zirkulationsanlagen wurden Bemessungsverfahren auf thermodynamischer Basis entwickelt. Diese Bemessungsregeln weisen folgende wesentliche Merkmale auf:
• Ermittlung der erforderlichen Zirkulationsvolumenströme über den Wärmeverlust der Rohrleitungen,
• Festlegung einer Temperaturdifferenz zwischen Speicherausgang und Zirkulationsanschluss am Trinkwassererwärmer, die geringer ist als 5 K,
• Vorgabe von Fließgeschwindigkeiten für die Bemessung des ungünstigsten Zirkulationskreises und zur Ermittlung der Pumpendruckdifferenz,
• Hydraulischer Abgleich der Zirkulationskreise (zunächst nur über die Rohrleitungsdurchmesser) unter Berücksichtigung eines Mindestinnendurchmessers von DN 10 und einer maximal zulässigen Fließgeschwindigkeit von 1,0 m/s,
• Einregulierung über Zirkulationsventile.

Auf Grundlage der Druckverlustberechnung muss in jedem Strang die von der Pumpe erzeugte Druckdifferenz so weit wie möglich „verbraucht“ werden. Drucküberschüsse sind in statischen oder thermostatisch gesteuerten Zirkulationsregulierventilen abzudrosseln. Wird der hydraulische Abgleich nicht vorgenommen, können sich die Volumenströme aus der Berechnung nicht einstellen.
Der Zirkulationsvolumenstrom muss die Wärmemenge transportieren können, die über die Oberfläche des Rohrleitungssys­tems verloren geht. Das heißt, dass eine vorgegebene Wassertemperatur nur dann eingehalten werden kann, wenn der beschriebene Gleichgewichtszustand an jeder Stelle des Zirkulationssystems sichergestellt ist. Der hydraulische Abgleich eines Zirkulationssystems ist daher die Grundvoraussetzung für eine sichere Funktion.

 

Strangschema über die Installationsorte von Feinstregulierventilen.

 

Regulierarmaturen
Ein Regulierventil, das den zugesicherten Minimalvolumenstrom bei voreingestellter Sollwerttemperatur nicht oder zu spät erreicht, kann ausschlaggebend für einen Mangel (z. B. zu niedrig temperierte Bereiche) sein und damit mikrobiologisches Wachstum fördern. Der DVGW hat zur Sicherstellung der Funktion von Trinkwasser-Zirkulationssystemen die Reguliereigenschaften von thermostatisch gesteuerten Regulierventilen in der Prüfnorm VP 554 definiert (demnächst W 554). 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 verlassen können. Ventile, die nach DVGW VP 554 zertifiziert sind, bieten die notwendige Planungs- und Betriebssicherheit für Trinkwasserzirkulationssysteme.
Im Einklang mit den in Deutschland gültigen DVGW-Arbeitsblättern entwickelte Kemper das Zirkulations-Regulierventil „Multi-Therm“. Es ist DVGW- zertifiziert nach DVGW VP 554 und schafft die Voraussetzung, den Einregulierungsaufwand für ein Zirkulationssystem erheblich zu reduzieren. Zur Dimensionierung ist es wie bei den statischen Ventilen notwendig, zunächst die Größe anhand der Ventildaten, z. B. über den kV-Wert aus der Rohrnetzberechnung, zu ermitteln. Dies erfolgt einfach über Softwareprogramme.
Über die 3-l-Regel hinaus empfiehlt sich das ebenfalls von Kemper entwickelte „Eta-Therm“. Es wird dort eingesetzt, wo aufgrund erhöhter hygienischer Anforderungen (Krankenhäuser, Alten- und Pflegeheime etc.) oder aus Komfortkriterien (Hotels, Gaststätten, Eigenheime etc.), sofort nach dem Öffnen an der Entnahmestelle heißes Wasser entnommen werde soll. Der Einbau ist im Bereich der Einzelabsperrung für den Nasszellenbereich als Unterputzregulierventil oder als frei installiertes Regulierventil möglich.
Sollen für die Einregulierung statische Zirkulations-Regulierventile verwendet werden, kann das „Multi-Fix“ (Kemper) zum Einsatz kommen.

 

Manuelles/statisches Zirkulations-Regulierventil „Multi-Fix“.

 

Temperaturen
Vor allen Maßnahmen steht eine umfassende örtliche Bestandsaufnahme des zu sanierenden Warmwassersystems. Sie sollte zunächst auf Grundlage von Bestandsplänen, Anlagenbeschreibungen, Anlagendaten und der Wartungs- und Bedienungsanleitungen erfolgen. Liegen diese Informationen nicht vor, ist eine zeichnerische Darstellung der Trinkwasserinstallation in Verbindung mit den Gebäudeplänen zu erstellen. Folgende Informationen sollten mindestens enthalten sein:
• Trinkwassererwärmungssystem
- Wärmeübertrager
- Speicher
- Abmessungen
- Leistungsdaten
• Leitungsanlage
- Leitungsverlauf
- Rohrwerkstoffe
- Nennweiten
- Dämmmaterial und Dämmstärke
- Absperrarmaturen, Sicherungsarmaturen, Regulierarmaturen
- Entnahmearmaturen
- Messeinrichtungen
- Regel- und Steuergeräte
- Wasseraufbereitungsanlagen
Im Zuge der Bestandsaufnahme sind die Temperaturen im Kaltwasser-, Warmwasser- und Zirkulationssystem zu messen. 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 sind in der Regel ausreichend. Dazu reichen Oberflächentemperaturmessgeräte mit digitaler Anzeige aus. Es muss im Normalfall Wärmeleitpaste eingesetzt werden, um die Qualität der Messergebnisse sicherzustellen und um mögliche Fehlmessungen zu verhindern. Da die Messungen meistens nicht im idealen Beharrungszustand durchgeführt werden können, dürfen die Messergebnisse nicht überinterpretiert werden. Bereits die Datenaufnahme an den Steigleitungsabsperrungen ermöglicht eine verlässliche Aussage über die Funktionsschwächen der Anlage.
In der Regel sind Messwertgeber zur Ermittlung des Zirkulationsvolumenstroms in älteren Leitungsanlagen nicht vorhanden. Eine Lösung ist das von Kemper entwickelte Volumenstrommessverfahren. Es erfordert zwar den Einbau eines Messwertgebers, ist aber gleichzeitig kombiniert mit Absperr- und Reguliertechnik. Die ermittelten Daten werden über einen Messcomputer angezeigt.
Im Verlauf der weiteren Datenaufnahme ist die Druckdifferenz der Zirkulationspumpe zu bestimmen. Der Differenzdruck muss unmittelbar auf der Druck- und auf der Saugseite der Zirkulationspumpe erfolgen. 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.

 

Durchfluss- und Temperaturmessarmatur „Control-plus“ mit Handmessgerät und Sensor-Messmodul in Kombination mit dem manuellen/statischen Zirkulations-Regulierventil „Multi-Fix“.

 

Fazit
Für die Trinkwasserqualität ist nicht nur das Versorgungsunternehmen verantwortlich. In erheblichem Maße fallen auch die Konstruktion, die Auswahl der Rohrwerkstoffe, die handwerkliche Ausführung und die Bemessung der Leitungsanlage im Gebäude ins Gewicht. Bei trinkwasserhygienischen Problemen muss ggf. nachgewiesen werden, dass Planung, Bemessung und Bau der Trinkwasserinstallation den zum Zeitpunkt der Ausführung gültigen allgemein anerkannten Regeln der Technik entsprochen haben.
Wasser muss wie ein leichtverderbliches Lebensmittel behandelt werden. Sauberkeit in allen Stadien der Erstellung sowie des Betriebes eines Trinkwassersystems sind essenziell. Alle Anlagenteile müssen von der Fertigung bis zum Einbau präventiv in ein hygienisches Konzept einbezogen werden.
Ein Blick in das „Technische Regelwerk“ zeigt, dass rechnerische Nachweise für die Erhaltung der Trinkwassergüte in einer fachgerecht erstellten Trinkwasserinstallation für dringend erforderlich gehalten werden. Zur Erreichung der hygienischen, hydraulischen und gesetzlichen Vorgaben wird empfohlen, eine Berechnungssoftware einzusetzen (z. B. Kemper Dendit CAD). Auf diese Weise soll erreicht werden, dass bereits in der Planung die bestmögliche Auslegung und Dimensionierung der Komponenten (Rohrsystem, Armaturen usw.) sowie ggf. Überwachungstechnik gegeben ist.

Autor: Dipl.-Ing. Ulrich Petzolt, Produktmanager Sanitärarmaturen bei Gebr. Kemper GmbH + Co. KG, Olpe

Bilder: Gebr. Kemper GmbH + Co. KG


www.kemper-olpe.de

 


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