Warmes Wasser fließt im Kreis

Pumpen für die Zirkulation von warmem Trinkwasser sind je nach Art der Trinkwasseranlage sowie Größe und Beschaffenheit eines Gebäudes notwendig – oder für die Bewohner komfortabel, wenn morgens unter der Dusche sofort angenehm temperiertes Wasser fließt. Ohne Zirkulation würde das ruhende Warmwasser in der Leitung abkühlen und es flösse zunächst dieses Wasser aus, bevor das warme Wasser ankäme. Zirkulationspumpen sparen also Trinkwasser, kosten aber zusätzlich Energie. Dieser Aufwand lässt sich zwar reduzieren, er darf aber nicht zulasten der Hygiene gehen.

Grundsätzlicher Aufbau
Eine Trinkwasserzirkulation besteht aus einer Versorgungsleitung (Vorlauf; PWH – potable water hot – Trinkwasser warm) und der Zirkulationsleitung (Rücklauf; PWH-C – potable water hot circulation – Zirkulation Trinkwasser warm).
Die Versorgungsleitung erstreckt sich vom Trinkwassererwärmer bis vor die Entnahmestelle bzw. den Wohnungswasserzähler der zu versorgenden Nutzeinheit. Die Zirkulationsleitung beginnt unmittelbar nachdem Abzweig von der Versorgungsleitung.
Ja nach Größe der Anlage sind in den einzelnen Zirkulationssträngen Regulierventile für den hydraulischen Abgleich einzubauen. Dies verhindert, dass in strömungsgünstigen Leistungsabschnitten große Volumenströme umgewälzt werden, während andere Abschnitte unterversorgt bleiben. Je nach Bedarf und Auslegungsfall sind statische oder dynamische Ventile mit oder ohne Hilfsenergie einzusetzen.
Die Zirkulationspumpe sitzt in der Zirkulationsleitung, also im Rücklauf. Ein Rückschlagventil auf der Druckseite der Pumpe verhindert den Schwerkraftumlauf. Bei manchen Pumpen sind diese Rückschlagventile bereits serienmäßig vorhanden.
Eine Zirkulation ist in Leitungsnetzen wichtig, bei denen die Strecke zwischen Trinkwasserspeicher und Zapfarmatur sehr groß ist. Die Gründe dafür liegen nicht nur im Komfortgewinn, sondern vor allem in der Verhinderung des Wachstums von Keimen wie Legionellen. Die Zirkulation dient dazu, die Temperatur im System auf mindestens 55 °C zu halten. Denn ein Temperaturbereich zwischen 60 °C und 55 °C gilt als guter Kompromiss zwischen Steinbildung und Hygiene.

Zirkulationsanlage ist in vielen Fällen Pflicht
Ein Zirkulationssystem ist bei zentraler Trinkwassererwärmung aus hygienischen Gründen in Deutschland für Großanlagen vorgeschrieben. Der Einbau ist demnach zwingend notwendig, wenn das Leitungsvolumen der Warmwasserleitung vom Speicher bis zur entferntesten Entnahmestelle 3 l übersteigt. Das Volumen der Zirkulationsleitung wird nicht eingerechnet. Zur Großanlage zählen ebenso alle Anlagen mit Trinkwassererwärmer mit mehr als 400 l Inhalt. Bei mehreren Trinkwasserspeichern gilt das Gesamtvolumen.
Alle anderen Anlagen gelten als Kleinanlagen, ebenso Anlagen in Ein- und Zweifamilienhäusern. Das Volumen der Warmwasserleitung und das des Speichers spielen keine Rolle. Somit ist die Zirkulationsleitung im Eigenheim keine Pflicht. Nach Trinkwasserverordnung hat jeder Gebäudeeigentümer dafür Sorge zu tragen, dass niemand durch z. B. Verkeimung zu Schaden kommt. Daher ist auch hier der Betrieb bei 60 °C/55 °C zu bevorzugen. Jede Überdimensionierung der Anlage ist ebenso zu vermeiden wie eine Stagnation des Trinkwassers.

Technische Regeln
Die DIN EN 806 und die DIN 1988 umfassen Regeln für die Planung, Errichtung, Änderung und Instandhaltung sowie den Betrieb von Trinkwasseranlagen in Gebäuden und auf Grundstücken. In der DIN 1988-300 werden Bemessungsgrundlagen für Warmwasser-Zirkulationssysteme angegeben. Bei der Dimensionierung der Zirkulationspumpe darf die Fließgeschwindigkeit von 0,5 m/s in der Zirkulationsleitung nicht überschritten werden. Sind mehrere Zirkulationsstränge vorhanden, ist ein hydraulischer Abgleich durch Regulierventile vorgeschrieben.
Das DVGW-Arbeitsblatt W 551 beschreibt die technischen Maßnahmen zur Legionellenprophylaxe in Trinkwassersys­temen. Wesentliche Punkte daraus sind:

• Austrittstemperaturen am Trinkwassererwärmer von mindestens 60 °C. Für Kleinanlagen wird ebenfalls 60 °C empfohlen.
• Die Zirkulationstemperatur soll bei Wiedereintritt in den Speicher mindestens 55 °C betragen.
• Der Temperaturabfall im zirkulierenden Warmwassersystem darf 5 K an keiner Stelle überschreiten. Demzufolge sind Rohrleitungen zu dämmen (mindestens nach Energieeinsparverordnung).
• Stockwerks- und Einzelzuleitungen mit einem Wasservolumen bis 3 l können ohne Zirkulation geplant und gebaut werden.
• Zirkulationspumpen sind dauerhaft zu betreiben (24 Stunden, 365 Tage im Jahr).
• Zeitsteuerungen in Kleinanlagen sind mindestens so einzustellen, dass die Zirkulation täglich nicht länger als 8 Stunden unterbrochen wird.

Die EnEV (Energieeinsparverordnung) besagt, dass Rohrleitungen und Armaturen im Warmwassersystem gegen Wärmeverluste zu schützen sind. Außerdem soll die Warmwassertemperatur im Rohrnetz 60 °C nicht überschreiten.
Hinsichtlich der Dämmung von Rohrleitungen und der Abschaltdauer von Zirkulationspumpen gilt der Grundsatz: Hygiene geht vor Energieeinsparung. „Wir plädieren dafür, die Zirkulationspumpe nicht abzustellen, sondern als Dauerläufer zu betreiben“, sagt daher Andreas Braun, Referent Sanitärtechnik vom Zentralverband Sanitär Heizung Klima (ZVSHK). Dahin gehe auch der allgemeine Trend, sagt er. „Moderne Hocheffizienzpumpen, die in Abhängigkeit von Temperatur, Druck und Volumenstrom optimal auf das zu versorgende System eingestellt sind, haben ohnehin eine sehr geringe Stromaufnahme“, verdeutlicht der Experte.

Ausführungen von Pumpen und Stromverbrauch
Zirkulationspumpen gibt es je nach Größe der Anlage in verschiedenen Ausführungen. Die Modelle für kleine Trinkwassersysteme haben Permamentmagnetmotoren (elektronisch kommutierte Synchronmotoren). Sie brauchen im Vergleich zu Spaltrohrpumpen mit Asynchronmotoren nur noch einen Bruchteil an Strom. Außerdem entfällt der verkalkungsgefährdete enge Spalt des Spaltrohrmotors.
Bei den Pumpen für Einfamilienhäuser liegt die aufgenommene Leistung im Idealfall bei nur etwa 2 W. Ältere Pumpen verbrauchen erheblich mehr, weshalb sich ein vorgezogener Austausch schnell amortisieren kann. Das weiß auch Werner Hübner, Geschäftsführer und Inhaber eines Fachbetriebes für Wärmepumpen und Energieberatung in Konstanz am Bodensee. „Bei modernen Zirkulationspumpen kann man die Leistung einstellen, sie weisen eine höhere Förderungsleistung und einen höheren Förderdruck bei einem geringeren Stromverbrauch auf als ihre Vorgänger. Das klingt wie die Quadratur des Kreises, ist aber mit modernen Hocheffizienz-Zirkulationspumpen möglich.“ Über die gesamte Pumpenlaufzeit käme so leicht eine Ersparnis von über 1000 Euro an Stromkos­ten zusammen, sagt er.
Laut EnEV muss die Zirkulationspumpe mit einer Regelung ausgestattet sein, etwa mit einer Zeitschaltuhr. Der Nutzer stellt damit die gewünschten Pumpenlaufzeiten ein. Eine andere Art der Regelung erfolgt über einen Thermostat, der die Temperatur des zurückströmenden Wassers misst. Bei Erreichen der gewählten Grenztemperatur schaltet die Zirkulationspumpe aus. Kühlt sich das Wasser um ein bestimmtes Maß ab, schaltet der Thermostat die Pumpe wieder ein. Der Thermostat lässt sich auch mit einer Zeitschaltuhr kombinieren, was zu einer weiteren Stromersparnis führt.
Selbstlernende Zirkulationspumpen sind in der Lage, sich automatisch an das individuelle Verbraucherverhalten anzupassen. Diese Pumpen beschränken sich weitestgehend auf die Zapfzeiten ihrer Nutzer. Die Zirkulationspumpe sammelt dazu die Daten vorangegangener Zeiträume und berücksichtigt das Verbraucherverhalten. Alle Entnahmeereignisse speichert sie in einem Entnahmekalender und steuert mit diesen Informationen über einen speziellen Algorithmus den Betrieb. Nach acht Stunden Stillstand spült sie automatisch die Zirkulationsleitung. Ihr Betrieb ist nur in Kleinanlagen, also beispielsweise in Ein- und Zweifamilienhäusern, möglich. Aber: Alle Regelungsarten widersprechen naturgemäß einem Dauerbetrieb zur Legionellen­prophylaxe.

Zirkulationsanlage entlüften
Vor Installation bzw. Inbetriebnahme der Zirkulationspumpe müssen die Trinkwasseranlage gespült und die Zirkulationsleitungen entlüftet werden. Mit diesen Maßnahmen lassen sich Trockenlauf sowie Rotorschäden durch Montagerückstände bzw. Verschmutzungen vermeiden. Eine Entlüftung der Zirkulationsleitung durch Öffnen einer Zapfarmatur und der Verschraubung an der Pumpe reicht nicht aus, um die Leitung luftfrei zu bekommen, da die Strömung durch das eingebaute geschlossene Rückschlagventil zum Stillstand kommt.
Zum Entlüften der Zirkulationspumpen mit Kugelmotor bietet die Industrie einen Entlüftungsflansch, der statt des Motors auf das Pumpengehäuse aufgeschraubt wird. Nachdem ein Ablaufschlauch auf den Schlauchstutzen aufgesteckt wurde, kann durch Öffnen der Absperr- bzw. Wartungsarmatur die Zirkulationsanlage durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit entlüftet werden. Die Luft, die sich nach Aufschrauben des Motors noch im Pumpengehäuse befindet, wird relativ schnell entfernt. Bei Zirkulationspumpen mit Laufrad muss ein Spülstutzen vorgesehen werden.
Zirkulationspumpen mit mehreren Einzelsträngen sind strangweise zu entlüften. Eingebaute Strangregulierventile müssen dabei geschlossen werden. Bei thermostatischen Strangregulierventilen ist das System im kalten Zustand zu entlüften.
Hohe Strömungsgeschwindigkeiten halten Kalt- und Warmwasserleitungen luftfrei. Da aber bei einer richtig abgeglichenen Zirkulationsleitung die Strömungsgeschwindigkeiten sehr gering sind, können sich an vielen Stellen im Leitungssystem Luftpolster bilden. Lösen sie sich dann und gelangen zur Pumpe, führt das möglicherweise zu einem Trockenlauf.

Fehler vermeiden
Bei der Installation von Zirkulationsanlagen müssen einige wichtige Einbauregeln beachtet werden. Denn Einbaufehler können die Funktion des Zirkulationssys­tems beeinträchtigen und einen vorzeitigen Ausfall der Pumpe hervorrufen. Bekannte Installationsfehler liegen häufig im falschen Einbauort bzw. falscher Einbaulage oder mangelhafter Entlüftung. Wird die Zirkulationsanlage beispielsweise in unmittelbarer Nähe des Trinkwassererwärmers oder anderer Wärmequellen montiert, beeinträchtigt die Umgebungswärme die Thermostatfunktion.
Ein anderes Beispiel: Durch die Installation der Pumpe mit nach oben weisender Motorachse können sich Luftblasen im Rotorraum sammeln und so einen Trockenlauf verursachen. Zusätzlich wird der Rotor nicht ausreichend auf dem Lagerstift stabilisiert, wenn die Pumpe abgeschaltet ist.
„Beim Austausch einer alten Pumpe sollte der Installateur in jedem Fall prüfen, ob das gesamt System überhaupt korrekt geplant und ausgeführt wurde und den aktuellen Anforderungen noch entspricht“, empfiehlt Andreas Braun vom ZVSHK und ergänzt: „In der Regel ist der hydraulische Abgleich neu zu berechnen und die Anlage entsprechend einzustellen.“
Auch Installateur Werner Hübner hat ähnliche Erfahrungen gemacht. Beim Austausch einer nicht mehr gut funktionierenden Pumpe in einer Wohnanlage mit zwei eigenständigen Häusern stellte er fest, dass einige der Zirkulationsleitungen nicht richtig gedämmt waren. Darüber hinaus wurde offensichtlich kein hydraulischer Abgleich der einzelnen Zirkulationsstränge durchgeführt. „Der damalige Installateur hatte zwar primitive Einstellmöglichkeiten eingebaut“, sagt Hübner, „aber sie waren wirkungslos, weil sie alle auf ‘100 Prozent auf‘ eingestellt waren“.

Fazit
Trinkwasser ist ein empfindliches Lebensmittel. Sanitärexperte Andreas Braun vom ZVSHK unterstreicht deshalb, wie wichtig der korrekte hydraulische Abgleich der Warmwasserzirkulation ist: „Die damit verbundene gleichmäßige Versorgung des Systems ist für die Hygiene-Prophylaxe unabdingbar. Zudem muss die Zirkulationspumpe regelungstechnisch ausreichend flexibel sein, um den Normalbetrieb, also die gleichmäßige Zirkulation, ebenso zu gewährleisten wie die Phasen der thermischen Desinfektion.“

Autorin: Angela Kanders, freie Journalistin