20. Dezember 2023

…als Beitrag zur Schonung der Ressourcen
Der Klimawandel im Allgemeinen und die politisch gewollte Wärmewende im Besonderen wirken sich unmittelbar auf die Technische Gebäudeausrüstung (TGA) und deren Akteure, speziell Fachplaner und Fachhandwerker, aus. Denn neben dem Umstieg auf regenerative Wärmeerzeuger müssen vor allem die Trinkwasserinstallationen zukunftsfähig gemacht werden: Geringere Volumina unterstützen den Schutz der Ressource Trinkwasser, optimierte Systemtemperaturen reduzieren den Primärenergieeinsatz – aber über allem steht weiterhin das Schutzziel „Erhalt der Trinkwasserhygiene“.

„Wasserknappheit und Hitze in Folge der Klimakrise setzen unsere Städte und ihre Bewohner unter Stress. Was wir brauchen, sind klimaresiliente Städte mit einer klug geplanten blauen und grünen Infrastruktur … Angesichts des enormen Ressourcenbedarfs im Bauwesen müssen wir Wohnraumschaffung, Ressourcenschonung und Klimaanpassung zusammendenken. …“ Mit dieser Forderung reagierten Anfang dieses Jahres das Umweltbundesamt (UBA), das Bundesminis­terium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) sowie das Bundesministerium für Wohnen, Stadtentwicklung und Bauwesen (BMWSB) in einer gemeinsamen Erklärung auf den „Hitzesommer 2022“. Und gaben damit insbesondere für TGA-Fachplaner nochmals einen Impuls, die Technische Gebäudeausrüstung und speziell Trinkwasserinstallationen deutlich weiter zu denken, als dies in der Vergangenheit unter den grundlegenden Planungsprämissen „hinreichende Versorgung an allen Zapfstellen“ und „Erhalt der Trinkwasserhygiene“ vielleicht der Fall war.
Einfluss auf die zukunftssichere Planung und Ausführung von Trinkwasserinstallationen haben dabei vor allem drei Faktoren:

• die durch längere Hitzeperioden und rückläufige Niederschlagsmengen allgemein abnehmenden Trinkwasserreserven,
• die gestiegenen Umwelttemperaturen, die für höhere Wassereintrittstemperaturen schon am Hauseingang sorgen, und
• die immer besser gedämmten Gebäudehüllen, die zu einer Verschiebung der energetischen Aufwendungen weg von Raumwärme hin zur Warmwasserbereitung führen.

Wasservolumina reduzieren
Um auf die abnehmenden Trinkwassermengen zu reagieren, sind Trinkwasserinstallationen notwendig, die einen deutlich niedrigeren Wasserverbrauch als die heute durchschnittlichen 125 Liter pro Person und Tag (Quelle: Umweltbundesamt, UBA) begünstigen. Dies kann beispielsweise durch wassersparende Zwei-Mengen-Spülkästen geschehen, oder durch Duschbrausen, bei denen aufgrund von Luftzusatz der Wasserverbrauch reduziert wird, ohne das Duschvergnügen zu beeinträchtigen. Vor allem aber kann der reduzierte Trinkwassereinsatz durch die daran angepasste, bedarfsgerecht „schlank“ ausgelegte Trinkwasserinstallation nach DIN 1988-300 unterstützt werden. Grundlage dafür sind ein Raumbuch und die dort hinterlegten Gleichzeitigkeiten für die Nutzung der Entnahmestellen. Beispielrechnungen zeigen, dass auf diese Weise bei einem Bettenhaus mit 60 Nutzungseinheiten schon die Hausanschlussleitung für Trinkwasser kalt (PWC) um eine komplette Nennweite (DN 40 statt DN 50) kleiner ausfällt als bei einer konventionellen Planung. Im Gebäude selbst konnte wiederum das Anlagenvolumen für Trinkwasser warm (PWH) ohne Komforteinbußen um etwa 25 % verringert werden.
Durch den Einsatz strömungsoptimierter Rohrleitungssysteme lässt sich dieser Effekt weiter steigern: Je nach Zeta-Wert (Widerstandsbeiwert) insbesondere der Verbinder ist häufig eine weitere Reduzierung der Rohrdimensionen um nochmals eine Nennweite zu erreichen. Dafür ist allerdings eine Auslegung mit den von den Herstellern zur Verfügung gestellten, realen Zeta-Werten notwendig und nicht mit den von der DIN 1988-300 genannten Referenzwerten.
Die kleiner dimensionierten Trinkwasserinstallationen unterstützen zudem den hygienisch notwendigen, regelmäßigen Wasseraustausch. Zugleich verhindert das geringere Anlagenvolumen Verschwendung, da ansonsten zum Schutz vor Stagnation gegebenenfalls mehr Trinkwasser ausgespült werden muss, als dies bei größeren Nennweiten der Fall ist.
Die möglichen Einsparungen an Wasser und Energie durch schlanke, strömungsoptimierte Rohrleitungssysteme werden noch größer, wenn die Trinkwasserinstallationen einfach strukturiert sind. Dies betrifft vor allem Zirkulationskreise, die gerade in komplexen Trinkwasserinstallationen anstelle durchgeschliffener Stichleitungen immer noch zum Erhalt der Trinkwassergüte installiert werden. Dadurch steigt aber das Anlagenvolumen, und der thermisch-hydraulische Abgleich der Trinkwasserinstallation wird schwieriger. Der ist aber auch aus energetischen Gründen gemäß DVGW-Arbeitsblatt W 551 notwendig, um sowohl zu hohe als auch zu niedrige Systemtemperaturen zu verhindern: Im ersten Fall käme es sonst zu Energieverschwendung, im zweiten zu Hygienerisiken.

Trinkwasser kalt auch kalt halten
Die zweite große Anforderung für klimaresiliente Trinkwasserinstallationen geht von den gestiegenen Trinkwasser-kalt-Temperaturen aus. Bedingt durch höhere Umwelttemperaturen, aber auch die oberflächennähere Verlegung der Versorgungsleitungen kommt das Trinkwasser schon mit deutlich höheren Temperaturen als früher im Gebäude an: Anstelle von 10 °C werden in Innenstadtlagen bisweilen bis zu 18 °C gemessen. Dieses Temperaturniveau steigt in der Hausinstallation weiter an, zum Beispiel durch externe Wärmequellen im Hausanschlussraum, durch Wärmeübergang parallel verlegter PWH-Installationen oder durch Zirkulationsleitungen für Trinkwasser warm (PWH-C), die Wärme in Vorwände eintragen und dort die Kaltwasserinstallation aufheizen. Das kann zu hygienischen Problemen führen, da es über den nach DIN 1988-200 und DIN EN 806-2 maximal zulässigen Kaltwasser-Temperaturen (PWC) von 25 °C zu einem erhöhten Legionellenwachstum kommen kann. Die Empfehlung der VDI/DVGW-Richtlinie 6023 lautete deswegen sogar, dass die PWC-Temperatur 20 °C nicht übersteigen sollte.
Fachplaner und Fachhandwerker sind also gefordert, möglicherweise auf das Kaltwasser-Rohrnetz einwirkende Wärmequellen zu identifizieren und die PWC-Installation schon bei der Planung beziehungsweise Installation vor dem damit potenziell verbundenen Wärme­übergang zu schützen. Planer können dies im Geschosswohnungsbau zum Beispiel durch die klare Trennung der warm- und kalt-gehenden Rohrleitungen in getrennten Schächten erreichen: Kaltwasser, Abwasser und Kälteleitungen in dem einen, Heizungsvor- und -rücklauf sowie PWH- und PWH-C-Installationen in dem anderen.
Gerade in Bestandsobjekten oder bei Sanierungen sind solche Lösungen baulich aber nur selten umsetzbar. Hier ist vielmehr die Expertise des Fachhandwerks gefragt. Dazu gehört,

• warm- und kaltgehende Trinkwasserinstallationen in der Vorwand mit Abstand zueinander zu installieren (Kaltwasser von unten, Warmwasser von oben an die Zapfstelle führen),
• auf Zirkulationsleitungen für Warmwasser mit ihrem permanenten Wärmeeintrag in die Vorwand möglichst zu verzichten, und
• in abgehängten Decken die Wärmelasten auf PWC unter anderem durch Beleuchtung oder Installationen für Klimageräte zu berücksichtigen oder – besser – die Verlegung von PWC-Installationen in solchen Decken ganz zu vermeiden.

Eine derartige Planungs- bzw. Installationsleistung kann übrigens sogar von Investoren und Betreibern mit Verweis auf eine Empfehlung des Arbeitskreises Maschinen- und Elektrotechnik der kommunalen Verwaltungen (AMEV) aus 2021 eingefordert werden. Unter der Überschrift „Planung, Ausführung und Bedienung von Sanitäranlagen in öffentlichen Gebäuden“ findet sich der ausdrückliche Hinweis, dass „bereits in der Planung der Trinkwasseranlage … der Schutz des Trinkwassers (kalt) vor Wärmequellen und Wärmelasten zu berücksichtigen“ sei.
Werden bei PWC zu hohe Temperaturen in den Verteilleitungen oder an den Zapfstellen festgestellt, muss installationstechnisch beispielsweise über automatische Spülstationen für Abhilfe gesorgt werden. Diese Anlagen, am Ende einer durchgeschliffenen Reihenleitung platziert, erkennen mittels Temperatursensoren selbsttätig einen hygienekritischen Temperaturanstieg und spülen das belas­tete Wasser so lange aus, bis wieder ein hygieneunkritisches Temperaturniveau erreicht ist. Im Gegensatz zu rein mengenmäßigen Hygienespülungen wird so der Verbrauch von Trinkwasser reduziert.

Mehr Effizienz in der Warmwasserbereitung
Die dritte große Anforderung an klimaresiliente Trinkwasserinstallationen hat primär zunächst wenig mit der Verfügbarkeit von Trinkwasser, aber ebenfalls mit den Veränderungen durch den Klimawandel zu tun. Der Rahmen wird hier durch den Umstieg von fossilen auf regenerative Energieträger definiert und mündet letztlich in der Frage „Wie viel Energie ist für die Bereitung von Warmwasser notwendig?“ Hintergrund dieser Frage sind nicht zuletzt immer besser gedämmte Gebäude mit niedrigem Heizwärmebedarf, der problemlos durch den Einsatz von Wärmepumpen oder die Anbindung an Nahwärmenetze gedeckt werden kann. Im Gegensatz zu Wärmeerzeugern auf Basis von Gas oder Öl stellen die Wärmepumpen und -netze aber nur vergleichsweise niedrige Vorlauftemperaturen zur Verfügung. Zum Erhalt der Trinkwasserhygiene besteht jedoch bekanntlich nach DVGW-Arbeitsblatt W 551 die Forderung, dass in Großanlagen die Speicheraustrittstemperatur 60 °C betragen muss und die Wiedereintrittstemperatur maximal 5 K niedriger liegen darf. Die Speicherinhalte müssen also in der Regel nachgeheizt werden, was dem Gedanken einer möglichst regenerativen Wärmeversorgung diametral entgegenläuft.
Für die Planung einer klimaresilienten Trinkwasserinstallation im Neubau sowie in der Sanierung bedeutet das einen grundlegend neuen systemischen Ansatz. Und zwar weg von dem Bevorratungsprinzip hin zur bedarfsgerechten Bereitstellung von PWH. Denn die bisher gängige Praxis, in Geschosswohnungsbauten Trinkwasserspeicher mit tausend und mehr Liter Inhalt zu installieren, geht automatisch mit einem entsprechenden Energiebedarf für die Temperaturhaltung 60/55 °C einher, unabhängig von der Frage, wie groß der tatsächliche Bedarf ist. Hinzu kommt, dass auch diese Wassermengen im Sinne des Erhalts der Trinkwasserhygiene bei Stagnationsrisiken ausgetauscht werden müssen.
Wesentlich nachhaltiger sind Energiekonzepte auf Basis von Pufferspeichern, die in Kombination mit einer Wärmepumpe oder einem Nahwärmenetz als Energiespeicher dienen: Mit langen Laufzeiten beschicken beispielsweise Wärmepumpen im Betriebsoptimum die Pufferspeicher. Diese geben die Wärme direkt und kontinuierlich an die Heizkreise ab, bereiten das Trinkwasser warm aber über passend ausgelegte Wärmeübertrager nur bei Bedarfsanforderung nach dem Durchflussprinzip zu. Das bringt durch Wegfall des oft noch üblichen, wöchentliche Aufheizens des Speicherinhalts auf 70 °C „zur thermischen Desinfektion“ deutliche Einspareffekte beim Primärenergieeinsatz.
Weitere Effizienzpunkte lassen sich durch speziell konstruierte, zweiteilige Durchfluss-Trinkwassererwärmer gewinnen. Über die wird PWH-C je nach Betriebsweise unterschiedlich in den Pufferspeicher eingeschichtet. Bei reiner Zirkulation und kleinen Zapfungen wird das Heizungsrücklaufwasser mit relativ hohen Temperaturen in die Speichermitte geführt, bei großen Zapfungen mit weiter abgekühltem Rücklaufwasser in die untere Speicherschicht. So bleibt die Speicherschichtung besser erhalten.
Eine noch stärker dezentralisierte, wohnungsweise Trinkwasserbereitung zum Beispiel über elektrische Durchlauferhitzer ist im Vergleich zu zentralen Warmwasserbereitung über einen Energiespeicher und eine Wärmepumpe als Wärmequelle ebenfalls kritisch zu sehen, da die Warmwasserbereitung bei elektrischen Durchlauferhitzern mit dem Faktor 1 zu rechnen ist: Pro Kilowattstunde Strom wird eine bestimmte Menge Trinkwasser erwärmt; bei einer Temperaturdifferenz von 50 K etwa 17 l. Wird hingegen ein zentraler Speicher über eine Wärmepumpe beheizt, entsteht je nach Wärmequelle aus einer Kilowattstunde Antriebsstrom das Drei- bis Vierfache an Energie. Selbst bei eventuellem Nachheizen auf ein Temperaturniveau von 60 °C per Elektropatrone ist das deutlich effizienter und umweltschonender als bei einem elektrischen Durchlauferhitzer.

Fazit
Die Anforderungen, die an klimaresiliente Trinkwasserinstallationen zu stellen sind, werden weiter steigen. Denn neben Fragen der Nachhaltigkeit und der Schonung der Ressourcen sind es vor allem klimatische Einflüsse, die für Handlungsbedarf sorgen – von der grundsätzlichen Verfügbarkeit von Trinkwasser bis hin zur hygienischen bzw. energieeffizienten Bereitstellung des Trinkwassers an der letzten Zapfstelle. Um diese Ziele zu erreichen, ist eine ganzheitliche Betrachtung der Trinkwasserinstallationen notwendig. Die geschilderten Ansätze zur Auslegung und Ausführung einer klimaresilienten Trinkwasserinstallation sind dafür ein praxisgerechter Anfang.¹)

Autor: Dr. Christian Schauer, Director des Kompetenzbereichs Trinkwasser, Corporate Technology bei Viega, Attendorn

¹) Ein Whitepaper zum Thema „Klimaresiliente Planung von Trinkwasserinstallationen“ gibt es auf der Viega-Website unter www.viega.de.

Legionellenschaltung nicht sinnvoll
In Bestandsobjekten wird nicht selten wöchentlich eine thermische Desinfektion (Legionellenschaltung) der Trinkwasserinstallation PWH durchgeführt, um einer möglichen Belastung durch Bakterien vorzubeugen. Eine derartige Maßnahme zur Legionellen-Prophylaxe ist nicht zielführend. Bei dauerhafter Anwendung kann sie vielmehr sogar zu einer Schädigung der eingebauten Produkte und Werkstoffe führen.
Im Sinne der europäischen Trinkwasserrichtlinie, der Trinkwasserverordnung und des Water-Safety-Plans für Gebäude sollte über eine umfassende Bestandsaufnahme besser die potenziellen Hygienerisiken identifiziert und ggf. im Rahmen einer Sanierung beseitigt werden.