6. Januar 2023

Kleine Zirkulationskreise sind oft nachteilig für die Trinkwasserhygiene und die Energieeffizienz
Wird in einer Trinkwasser-Installation die Zirkulation von Trinkwasser warm (PWH-C) bis zur Entnahmestelle geführt, sind die ­Planungsziele: Absicherung der Trinkwassergüte durch die Temperaturhaltung von Trinkwasser warm (PWH) und ein hoher Warmwasserkomfort. Dabei sind auf der Etage solche Zirkulationskreise zwar hygienisch, vor allem aber energetisch kontraproduktiv, wie Erfahrungswerte aus der Praxis zeigen.

Ohne Frage ist die Temperaturhaltung in der Trinkwasser-Installation ein entscheidendes Kriterium für den Erhalt der Trinkwassergüte. Dabei ist jedoch nicht allein die Temperaturspreizung im System für Trinkwasser warm (PWH-C) von 60/55°C am Aus- und Eintritt des Trinkwasserspeichers zu berücksichtigen, wie sie das DVGW-Arbeitsblatt W 551 vorgibt. Ebenso maßgeblich ist die Temperaturhaltung von Trinkwasser kalt (PWC). Die DIN 1988-200 gibt hierfür einen Maximalwert von 25°C an. Dies ist bereits ein technischer Kompromiss, denn die Richtlinie VDI/DVGW 6023 empfiehlt aus hygienischer Sicht, die Temperatur von PWC nicht über 20°C steigen zu lassen, um einer Verkeimung vorzubeugen.
Die Kaltwassererwärmung in Trinkwasser-Installationen zu begrenzen, ist durch die steigenden Wärmelasten in Gebäuden und nicht zuletzt durch den Klimawandel zu einer wachsenden Herausforderung geworden. Die DIN 1988-200 geht noch von einer Eintrittstemperatur am Hausanschluss von 10°C aus. In einem Forschungsprojekt wurde jedoch festgestellt, dass je nach Standort Eintritts­temperaturen dauerhaft zwischen 16°C und 17°C herrschen können. Felduntersuchungen in der entsprechenden Region zeigten eine durchschnittliche Kaltwassertemperatur von 14,2°C an den Hausanschlüssen [1]. Vor diesem Hintergrund stellen Zirkulationskreise, die PWH bis zu den Entnahmestellen führen, ein zusätzliches, aber vermeidbares Potenzial für die Kaltwassererwärmung dar.
In seinen Empfehlungen zu „Planung, Ausführung und Bedienung von Sanitäranlagen in öffentlichen Gebäuden“ gab der Arbeitskreis Maschinen- und Elektrotechnik der kommunalen Verwaltungen (AMEV) unter dem Dach des Bundesministeriums des Innern und für Heimat deswegen schon 2021 den ausdrücklichen Hinweis, dass „bereits in der Planung der Trinkwasseranlage… der Schutz des Trinkwassers (kalt) vor Wärmequellen und Wärmelasten zu berücksichtigen“ sei [2]. Im Fokus der meisten Fachplaner liegt hier vornehmlich der Technikraum mit dem Hauswasseranschluss und die Installationsschächte. Doch gerade der Wärmeeintrag in Vorwandkonstruktionen ist bei Zirkulationskreisen für PWH auf der Etage erheblich, wie das nachstehende Rechenbeispiel zeigt:
Ausgehend von einer Rohrlänge von 8 m wird demnach bei einer permanent durchflossenen, durchgeschliffenen Zirkulation binnen einer Stunde

eine Energiemenge von 56 Wh in die Vorwand eingetragen. Würde stattdessen die kürzere Reihenleitung ohne Zirkulationsstrecke von 6 m installiert, betrüge der Wärmeeintrag nach einem sechsminütigen Duschvorgang und anschließender Wiederabkühlung von PWH auf Umgebungstemperatur beispielsweise lediglich 33,7 Wh. Dem Rechenweg

liegen dabei nachfolgende Parameter zugrunde: Temperatur PWH 60°C, Umgebungstemperatur 20°C, spezifische Wärmekapazität Wasser = 1,163 Wh/(kg · K), Rohrinnendurchmesser di = 11,6mm, Dichte Wasser ρ= 1kg/l.
Aufgrund der durchgeschliffenen Zirkulation liegt der Wärmeeintrag um mehr als 66 % höher als bei einer Reihenleitung, und das nicht nur während der Nutzung, sondern ständig. Findet keine PWH-Entnahme statt, so ist der Energieeintrag der Reihenleitung hingegen Q = 0 Wh. In kleinen Zirkulationskreisen besteht also ein massives Risiko der kontinuierlichen Fremderwärmung von in der Vorwand verlegten Installationen für Kaltwasser. Das lässt sich auch nur bedingt durch eine räumliche Trennung – PWH-führende Rohrleitungen oben, PWC-Installationen in Bodennähe – verringern: Über die Zeit findet innerhalb der Vorwand trotzdem eine thermische Aufladung zu Lasten des Kaltwassers statt.
Diese Gefahr einer unzulässigen Erwärmung von PWC ist umso höher zu bewerten, als bereits kurze kontaminierte Rohrleitungsabschnitte mit hohen Dauertemperaturen genügen, um das Wachstum von Pseudomonaden und sogar Legionellen zu fördern. Von diesen Keimnestern aus kann die gesamte Trinkwasser-Installation auch gegen die Fließrichtung kontaminiert werden.

Abstand und Dämmung nicht ausreichend
Um die auf PWC durch PWH-C einwirkenden Wärmelasten zu vermeiden, erscheint es naheliegend, die Rohrleitungssysteme in geeignetem Abstand zueinander zu installieren und gegebenenfalls zu dämmen. Im Gebäudeenergiegesetz (GEG) § 69 wird Letzteres sogar explizit gefordert: „Werden Wärmeverteilungs- und Warmwasserleitungen sowie Armaturen erstmalig in ein Gebäude eingebaut oder werden sie ersetzt, hat der Bauherr oder der Eigentümer dafür Sorge zu tragen, dass die Wärmeabgabe der Rohrleitungen und Armaturen … begrenzt wird.“ Beide Aspekte – Abstand wie Dämmung – bringen den Fachplaner aber direkt in einen Zielkonflikt, denn eine Installation von PWH- und PWC-führenden Rohrleitungen mit hinreichendem Abstand ist in einer Vorwandkonstruktion insbesondere im Bestand aus Platzgründen oftmals schlichtweg nicht darstellbar. Gleiches gilt für die Dämmung der PWH-/PWH-C-führenden Rohrleitungen gemäß GEG, Anlage 8 (bis 22 mm Innendurchmesser (ID) = 20 mm Dämmstärke (DS), bis 35 mm ID = 30 mm DS, darüber ID = DS; jeweils bezogen auf eine Wärmeleitfähigkeit von 0,035 Watt/(m K).
Zudem stellt sich die grundsätzliche Frage, welche Vorteile eine vergleichsweise kurze Zirkulationsleitung im Vergleich zu einer Reihenleitung in einer Vorwandkonstruktion hat, wenn

• zum Schutz vor Wärmeübergang über die Armatur an den Entnahmestellen eine stagnierende Auskühlstrecke vorgesehen werden muss, und ob
• die Regelgenauigkeit des Zirkulationsventils für den thermischen Abgleich der Warmwasser-Zirkulation aufgrund der kurzen Leitungslänge und damit verbundenen kleinen Volumenströmen K_Vmin das minimale ∆t überhaupt ausgleichen kann.

Zu berücksichtigen ist ebenfalls, dass durch einfache Reihenleitungen selbst die Anforderungen der Richtlinie des Robert Koch-Instituts (RKI) für Krankenhaushygiene und Infektionsprävention (Punkt 2.1.1 „Anforderungen an das krankenhausinterne Rohrnetz mit Armaturen“) problemlos erfüllt werden können. Denn darin ist ausdrücklich der Verweis auf „die anerkannten Regeln der Technik (z.B. DIN 1988)“ und damit auch auf das DIN/DVGW-Arbeitsblatt W 551 enthalten, wonach Leitungslängen – und somit potenzielle Stagnationsstrecken – bis drei Liter Volumen ausdrücklich zulässig sind.

Hydraulischer Abgleich wird konterkariert
Ein hydraulischer Abgleich der Systemtemperaturen von 60/55°C wird im DIN/DVGW-Arbeitsblatt W 551 zudem gefordert und darf selbst in Bestandsanlagen nicht fehlen, da es sich ansonsten um einen Mangel handelt (Quelle: Beschluss des OLG München vom 21. 11. 2018, 28 U 1888/18 Bau (IBR 2020, 584)). Im eigentlichen Sinne ist das Ziel aber nicht ein hydraulischer Abgleich der Volumenströme, sondern vielmehr ein thermischer Abgleich der Steigestränge von PWH, damit Temperaturunterschreitungen nicht zu einem Hygienerisiko führen. Daher ist außer der Regulierung der Volumenströme auch die Temperaturerfassung für die Temperaturhaltung im gesamten System maßgeblich. Ein solcher Abgleich ist aber in stark vermaschten Rohrleitungsnetzen deutlich schwieriger als in einfach aufgebauten Trinkwasser-Installationen.
Der verlässlichste Weg, den hydraulischen Abgleich in Zirkulationssys­temen bei unterschiedlichsten Betriebsbedingungen sicherzustellen, ist der Einsatz von elektronischen Zirkulationsregulierventilen in hydraulisch klar strukturierten TrinkwasserInstallationen, bestehend aus Hauptverteilung, Steigesträngen und daran angeschlossenen Reihenleitungen als Etagenverteilung. Elektronische Zirkulationsregulierventile werden dabei wie thermostatische Regulierventile auf eine Solltemperatur eingestellt. Durch einen intelligenten Regelalgorithmus wird auf Abweichungen in der Temperatur re­agiert und nachgeregelt. Dazu wird im Ventil die Wassertemperatur mit einem Temperaturfühler im Vollstrom erfasst. Damit ist die Einhaltung der Systemtemperaturen energieeffizient und zuverlässig möglich, ohne ein Aufschwingen der Temperatur im Zirkulationssystem befürchten zu müssen.

Wartungsaufwand mitdenken
Ein weiterer Aspekt, der speziell im Geschossbau für eine möglichst einfache Installationsarchitektur von PWH und PWC unter Verzicht auf kurze PWH-C-Leitungen spricht, sind zum einen die höheren Aufwendungen sowohl für die Installation an sich als auch in der Betriebsphase des Objektes. So müssen nicht nur die zwangsläufigen Energieverluste ausgeglichen werden, die durch die PWH-C-Installationen entstehen: Die für jeden Kreis notwendigen Zirkulationsregulierventile unterliegen außerdem den Anforderungen der DIN EN 806-5 „Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen, Teil 5: Betrieb und Wartung“. Darauf wird auch in den entsprechenden Produktunterlagen ausdrücklich hingewiesen. Die Ventile sind also unbedingt frei zugänglich einzuplanen bzw. zu installieren und sie müssen nach VDI 3810-2/6023-3 turnusmäßig inspiziert und auf Funktion geprüft werden: thermos­tatische Ventile halbjährlich, statische Ventile jährlich.

Fazit
Die Energieeffizienz im Gebäudesektor ist gerade vor dem Hintergrund der Gas-Krise ein äußerst intensiv diskutiertes Thema. Mit Blick auf die Trinkwassergüte ist eine Temperaturreduzierung von PWH in typischen Trinkwasser-Installationen ohne gezielte Kompensationsmaßnahmen keine Option. Vermeidbar sind jedoch hohe Energieverluste, die durch kleine Zirkulationskreise entstehen, die PWH direkt zur Entnahmestelle führen. Zumal solche Zirkulationssysteme gleichzeitig erhebliche Hygienerisiken aufweisen:

1) Der Wärmeübergang auf PWC ist insbesondere in abgehängten Decken und Vorwandkonstruktionen erheblich.
2) Der notwendige thermisch-hydraulische Abgleich der Steigestränge ist bei der Einregulierung nur mit höchstem Aufwand möglich.
3) Das Volumen der Trinkwasser-Installation erhöht sich deutlich, was den regelmäßigen Wasserwechsel verzögert.

Aus hygienischen Gründen sollte die Planung von Trinkwasser-Installationen also diese Kriterien erfüllen:
1) bedarfsgerecht mit entsprechend angepassten Anlagenvolumina.
2) übersichtliche Hydraulik.
3) Verzicht auf kleine verschachtelte Zirkulationsleitungen, die beispielsweise in jede Nutzungseinheit bis an die letzte Entnahmestelle herangeführt werden.

Das erleichtert den hydraulischen Abgleich und reduziert gleichzeitig die energetischen Aufwendungen für die Warmwasserbereitung, da so erhebliche Wärmeverluste durch die Zirkulationskreise vermieden werden. Denn in der langfris­tigen Betrachtung, über den Lebenszyklus eines Gebäudes hinweg, stellen diese Verluste nicht nur einen Kostenfaktor dar, sondern sie sind auch unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit nicht mehr zu vertreten.

Literatur:
[1] K. Rühling, C. Schreiber, C. Lück, G. Schaule, A. Kallert, EnEff: Wärme-Verbundvorhaben, Energieeffizienz und Hygiene in der Trinkwasser-Installation, Schlussbericht, 2018.
[2] Arbeitskreis Maschinen- und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler Verwaltungen (AMEV), Sanitäranlagen 2021 – Planung, Ausführung und Bedienung von Sanitär­anlagen in öffentlichen Gebäuden, Empfehlung Nr. 151, Stand: 01. April 2021

Autor: Dr. Christian Schauer, Director des Kompetenzzentrums Wasser, Corporate Technology bei dem Systemhersteller von Installationstechnik Viega.

Bilder: Viega
www.viega.de/Trinkwasser