6. Mai 2024

Trinkwasserinstallationen bedarfsgerecht dimensionieren

Lange Zeit war die bedarfsgerechte Dimensionierung von Trinkwasserleitungen in Gebäuden auch in der Fachwelt vorrangig mit dem Thema „Erhalt der Trinkwassergüte“ verknüpft. Künftig bekommt diese Planungsaufgabe zusätzlich eine ökologische sowie eine ökonomische Dimension, denn der Klimawandel erzwingt einen deutlich nachhaltigeren Umgang mit dem Lebensmittel Nr. 1 als bisher.

Trinkwasserinstallationen im Ein- oder Zweifamilienhaus nach Erfahrungswerten auszulegen, dürft e gelebte Handwerkspraxis sein. DN 20 oder DN 25 für die Verteilleitungen, DN 15 oder DN 12 als Anbindeleitungen – das ist „auf Vorrat“ bemessen und passt. Selbst wenn im Bad nachträglich eine Regendusche mit 20 l/min Durchfluss anstelle der ursprünglichen Handbrause installiert wird.

Was in kleinen Objekten aus praktischer Sicht (und bei der dort üblichen Nutzung) eventuell noch akzeptabel ist, entwickelt sich jedoch im Mehrfamilienhaus zur Herausforderung. Denn überdimensionierte Rohrleitungsinstallationen verursachen hier zunächst „nur“ höhere Investitions-, in der Folge außerdem deutlich höhere Betriebskosten: Mit der Überdimensionierung geht zum Beispiel ein unverhältnismäßig hohes Wasservolumen einher. Es muss also aus hygienischen Gründen mehr Wasser als nötig zirkulieren. Zudem steigt die Stagnationsgefahr schon bei kurzzeitigen Nutzungsunterbrechungen. Und der Energieaufwand für die Bereitstellung von Trinkwasser warm (PWH) ist ebenfalls höher als bei einer bedarfsgerechten, noch besser: „schlanken“ Auslegung. Dabei ist in den einschlägigen Regelwerken eigentlich schon eindeutig der Rahmen gesetzt, wie Rohrleitungen in Trinkwasserinstallationen dimensioniert werden sollen.

Dimensionierung nach Regelwerk

Die DIN EN 806-3 „Berechnung der Rohrinnendurchmesser – vereinfachtes Verfahren“ stellt den europäischen Mindeststandard für die Bemessung der Rohrleitungen dar. Sie gilt für Norm-Installationen, in denen (tabellarisch bzw. grafisch beschriebene) Mindestdurchflüsse, Druckverluste und Spitzendurchflüsse angesetzt werden können. Außerdem dürfen die Entnahmestellen nicht länger als 15 Minuten in Betrieb sein – also ein vergleichsweise grobes Auslegungsschema.

Deswegen gibt es als einschränkende Ergänzung die DIN 1988-300 „Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen – Teil 300: Ermittlung der Rohrdurchmesser; Technische Regel des DVGW“ mit ihrem diff erenzierteren Berechnungsverfahren. Das Verfahren muss zwingend für alle Wohngebäude mit mehr als sechs Wohneinheiten (WE) angewandt werden. Ebenfalls ist die Trinkwasserinstallation verpflichtend nach DIN 1988-300 in Gebäuden mit sechs oder weniger WE auszulegen, wenn dort Probleme mit dem Versorgungsdruck auft reten oder Hinweise auf Hygienerisiken bestehen.

Ein Zwischenfazit: In der Praxis dürft e die differenzierte Auslegung nach DIN 1988-300 bei seriöser Planung der Standard sein. Denn unter anderem durch die Möglichkeit der bringt sie handfeste wirtschaftliche und trinkwasserhygienische Vorteile, die sich in der Betriebsphase dauerhaft auszahlen. 

• bedarfsgerechten Anpassung von Berechnungs- und Spitzendurchflüssen auf Grundlage eines Raumbuchs nach VDI 6028, Blatt 1, sowie der Option,
• herstellerspezifische Widerstandsbeiwerte (Zeta-Werte) in die Berechnung einfließen zu lassen, 

Am Bedarf orientieren

In den vergangenen Jahren ist der Trinkwasserverbrauch kontinuierlich gesunken. Diese (aktuell allerdings etwas stagnierende) Entwicklung wird sich fortsetzen, wenn aufgrund längerer Trockenperioden die Verfügbarkeit von Wasser nicht mehr in gewohntem Maße gegeben ist. Darauf können die Trinkwasserinstallationen schon heute durch eine bedarfsgerechte Bemessung nach DIN 1988-300 eingestellt werden. Notwendige Voraussetzung ist ein Raumbuch mit Beschreibung der Entnahmestellen sowie ihrer zu erwartenden Nutzung inklusive realer Gleichzeitigkeiten – und damit letztlich des bestimmungsgemäßen Betriebs.

Wie viel das ausmacht, zeigt die Beispielrechnung eines Bettenhauses mit 60 Nutzungseinheiten. Im Vergleich zur Arbeit mit Tabellenwerten konnte durch die bedarfsgerechte Auslegung zum Beispiel die Hausanschlussleitung für Trinkwasser kalt (PWC) um eine Nennweite (DN 40 statt DN 50) kleiner dimensioniert werden. Das Anlagenvolumen für Trinkwasser warm (PWH) reduzierte sich im Gebäude um etwa 25 %. Das entspricht gleichzeitig einer Vorgabe aus der DIN 1988-200: Die Planung und Ausführung einer Trinkwasserinstallation muss eine sparsame Wasserverwendung zum Ziel haben. Derart reduzierte Anlagenvolumina korrespondieren mit wassersparenden Verbrauchern, wie Zwei-Mengen-Spülkästen am WC, Duschköpfen oder Armaturen mit Durchflussmengenbegrenzung.

Hygienevorteile „schlanker“ Trinkwasserinstallationen

Die „schlanker“ dimensionierten Trinkwasserinstallationen unterstützen gleichzeitig den hygienisch notwendigen, regelmäßigen Wasseraustausch: Schon bei kurzzeitigen Zapfungen wird im vorgelagerten Rohrleitungsnetz ein erheblicher Wasserdurchsatz ausgelöst. Das ist die beste Vorbeugung gegen potenzielle Verkeimungsrisiken durch Legionellen aufgrund von Stagnation oder Fremderwärmung, falls das Kaltwasser zu lange in den Rohrleitungen steht.

Ein dritter, wichtiger Aspekt optimierter Nennweiten ist die erhöhte Durchströmungsgeschwindigkeit, die zu einer besseren Beherrschung des vorhandenen Biofilms führt. Es kann sogar von einer möglicherweise geringeren Stärke des anhaftenden Biofilms im Rohrleitungssystem ausgegangen werden – in jedem Fall wird ein positiver Effekt auf den Erhalt der Trinkwassergüte erzielt.

Energetische Vorteile „schlanker“ Trinkwasserinstallationen

Die energetischen Vorteile bedarfsgerecht ausgelegter Trinkwasserinstallationen betreffen sowohl die warm-als auch die kaltgehenden Rohrleitungsnetze. In PWH-Installationen muss durch das reduzierte Anlagenvolumen deutlich weniger Trinkwasser warm aufgeheizt und auf Temperatur gehalten werden als in überdimensionierten Netzen. Zudem sinken aufgrund der geringeren Rohroberfläche die Abstrahlverluste, also die Wärmeverluste an die Umgebung. Besonders ausgeprägt ist das bei Inliner-Installationen zu finden. Also Rohrleitungssystemen, bei denen die PWH-Zirkulation im Steigestrang geführt wird. Bei solchen Pressverbindersystemen ist nicht nur die Wärme abstrahlende Rohroberfläche durch den Verzicht auf die separate Zirkulationsleitung nahezu halbiert, sondern die Wärmeabstrahlung der Zirkulation geht sogar direkt auf den „Vorlauf“ über. Dadurch wird die Temperaturhaltung im Fließweg unterstützt.

In PWC-Installationen dagegen zahlen sich die bedarfsgerecht dimensionierten Rohrleitungen indirekt über den geringeren Wärmeübergang von PWH/PWH-C-Installationen auf die PWC-Rohrleitungen aus: Um das Trinkwasser kalt wieder auf den zum Erhalt der Trinkwassergüte vorgeschriebenen Temperaturbereich ‹ 25 °C (besser: ‹ 20 °C) zu bringen, ist es sonst möglicherweise objektspezifisch notwendig, eine Kaltwasserzirkulation über einen zwischengeschalteten Durchfluss-Trinkwasserkühler zu führen. Es muss also in nicht unbeträchtlichem Umfang zusätzliche (Pumpen-)Energie aufgewendet werden, um eine zuvor für PWH aufwendig eingesetzte (Wärme-)Energie wieder zu vernichten.

Alternativ müssten die betreffenden Rohrleitungsabschnitte stattdessen ausgespült werden. Dadurch wird zwar der zusätzliche Energiebedarf vermieden. Aber es kommt zur Wasserverschwendung, die weder aus ökologischen noch aus wirtschaftlichen Gründen akzeptabel ist.

Wirtschaftliche Vorteile „schlanker“ Trinkwasserinstallationen

Die wirtschaftlichen Vorteile bedarfsgerecht ausgelegter Trinkwasserinstallationen erstrecken sich von der

• Erstinvestition – mit weniger Materialeinsatz – über die
• Bauausführung – mit geringerem Platzbedarf in Schächten und kostengünstigeren Brandschutzlösungen im Geschosswohnungsbau – bis in die
• Betriebsphase eines Objektes.

Neben den beschriebenen Energieeinsparungen sind hierbei außerdem Randaspekte wie die Einsparungen bei Hygienespülungen nicht zu unterschätzen: Durch das generell geringere Anlagenvolumen reduzieren sich automatisch die Wassermengen, die aufgrund hygienischer Risiken beispielsweise aufgrund von Stagnation ungenutzt abgeleitet werden müssen.

3 Fragen an Dr. Schauer

IKZ: Herr Dr. Schauer, warum bekommt die für Fachplaner und planende Fachhandwerker doch alltägliche Auslegung einer Trinkwasserinstallation jetzt eine derart große Bedeutung?

Dr. Christian Schauer: Dafür gibt es einen entscheidenden Grund: den Klimawandel. Der führt auch in unseren Breitengraden zu einer Verknappung der Ressource Wasser. Wir müssen also den Wassereinsatz generell verringern. Und wir müssen, bezogen auf Trinkwasser warm, die Wärmeerzeugung möglichst schnell auf Erneuerbare Energien umstellen, um den Energiebedarf für die PWH-Bereitung zu senken.

IKZ: Die Bauherren von Gebäuden, ebenso Fachplaner und Fachhandwerker, stehen aber nicht am Anfang der Leistungskette. Wären zumindest bei der hinreichenden hygienischen Bereitstellung von Trinkwasser kalt nicht zunächst die Versorger in der Pflicht?

Dr. Christian Schauer: Es stimmt, dass bezüglich des bereitgestellten Trinkwassers Fachplaner und Fachhandwerker erst spät in den Prozess eingreifen können. Das ist aber nicht die entscheidende Frage. Die Folgen des Klimawandels sind vielmehr für die Trinkwasserversorgung so weitreichend, dass alle Beteiligten hier zusammenarbeiten müssen. Dem trägt in gewisser Weise ja schon die novellierte Trinkwasserverordnung Rechnung. Sie betrachtet deutlich stärker als bisher den gesamten Fließweg. Diese ganzheitliche Sichtweise mit systemischen Lösungsansätzen ist genauso in der Ausführung der Trinkwasserinstallation im Gebäude notwendig. Ein gutes Beispiel dafür sind die Temperaturen von Trinkwasser kalt am Hauseingang. Die können von den Versorgern nur noch bedingt beeinflusst werden. In der Auslegung der Haustechnik müssen Fachplaner also darauf achten, dass es innerhalb der Hausinstallation nicht zu zusätzlicher Erwärmung des kalten Trinkwassers kommt.

IKZ: Sind denn alle Beteiligten auf diese Herausforderungen schon hinreichend vorbereitet?

Dr. Christian Schauer: Im Prinzip: ja. Zumindest in Ansätzen und auf der SHK-Fachschiene ist das Bewusstsein für die Auswirkungen der Klimaveränderung auf die Trinkwasserversorgung und damit die Trinkwasserinstallationen schon da. Wir als Viega, als Experte für Trinkwasserhygiene, thematisieren das beispielsweise schon seit geraumer Zeit deutlich in den Seminaren für Fachplaner und Fachhandwerker. Herausfordernd ist aktuell jedoch die wirtschaftliche Lage mit einem hohen Kostendruck auf den Baustellen. Hier wird dann zum Teil auf alternative Systeme zurückgegriffen, ohne zu beachten, dass eventuell die Auslegung mit einem anderen System erfolgt ist.

Schlanke Trinkwasserinstallationen klar strukturieren

Beträchtlich steigern lassen sich die hygienischen, energetischen und wirtschaftlichen Vorteile nochmals durch eine klar strukturierte Auslegung der Trinkwasserinstallation. Hier ist insbesondere der Verzicht auf überflüssige Zirkulationskreise in den Nutzungseinheiten anstelle durchgeschliffener Stichleitungen zu nennen. Solche Zirkulationskreise wurden in der Vergangenheit bisweilen installiert, um einen kontinuierlichen Wasseraustausch und damit Schutz vor Hygienerisiken aufgrund von Stagnation zu erreichen. Die vermaschten Installationen sind hydraulisch allerdings kaum zu beherrschen; Stichwort: thermischer-hydraulischer Abgleich. Der ist jedoch unter anderem aus energetischen Gründen gemäß den Allgemeinen Technischen Vertragsbedingungen für Bauleistungen ATV DIN 18381 gefordert, um sowohl zu hohe (Energieverschwendung) als auch zu niedrige Systemtemperaturen (Hygienegefahr) zu verhindern. Ein solcher Abgleich zur Aufrechterhaltung der Mindesttemperatur von 55 °C wird aber umso aufwendiger, je größer und komplexer ein Trinkwassersystem ist. Deswegen sollte die Zahl der Zirkulationskreise möglichst niedrig gehalten werden.

Hinzu kommen die bereits angesprochenen Hygienerisiken durch den abstrahlbedingten Wärmeeintrag zum Beispiel in Vorwandkonstruktionen, was zu einer ungewollten Erwärmung in der Nähe geführter PWC-Rohrleitungen führen kann – die Gefahr für den Erhalt der Trinkwassergüte wird also durch überflüssige Zirkulationskreise nur verlagert.

Fazit

Die qualifizierte Auslegung von Trinkwasserinstallationen muss sich künftig konsequent an möglichst knapp bemessenen Bedarfen orientieren, um den entscheidenden Herausforderungen aufgrund des Klimawandels auch im Kleinen wirkungsvoll zu begegnen. Eine solche Auslegung ist über die einschlägigen Regelwerke problemlos möglich, wenn sie mit den Bauherren oder Investoren im Vorfeld über das Raumbuch mit genauer Beschreibung der einzelnen Nutzungseinheiten vereinbart wird. Ganz wesentlich setzt sie allerdings ein grundlegendes Verständnis für die insbesondere hygienischen und energetischen Zusammenhänge voraus, die den Betrieb einer Trinkwasserinstallation beeinflussen – um dann im Rahmen einer systemischen Betrachtung eine auf das jeweilige Objekt individuell zugeschnittene Lösung zu finden.

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

www.viega.de