8. März 2023

Konstruktive Erkenntnisse im Spannungsfeld zwischen thermisch notwendiger Rohrleitungslänge und Stagnationsvermeidung
Die Einhaltung der richtigen Temperaturvorgaben ist ein Erfolgsfaktor für die Sicherstellung der Trinkwassergüte. Daher müssen vor allem Trinkwassertemperaturen zwischen 25 und 55 °C vermieden werden. Andernfalls besteht die Gefahr der Vermehrung pathogener Keime wie z. B. Legionellen. Diese Tatsache ist jedem Fachplaner und Fachhandwerker bewusst und dennoch kommt es speziell im Kaltwasser immer wieder zu einer Überschreitung der durch die Hygiene vorgegebenen maximalen Trinkwassertemperaturen. Um dieses zu vermeiden, müssen sogenannte aktive und passive Maßnahmen umgesetzt werden, zu denen auch der thermisch getrennte Armaturenanschluss gehört. Der folgende Beitrag zeigt, wie der thermisch getrennte Armaturenanschluss konstruiert sein sollte und was beim Selbstbau zu beachten ist.

Grundlagen
Passive Maßnahmen sind Maßnahmen zur thermischen Entkopplung, um die Wärmeübertragung von Wärmequellen auf kalte Trinkwasserleitungen zu vermindern bzw. zu vermeiden. Aktive Maßnahmen umfassen Maßnahmen zur Verbesserung der Durchströmung sowie Maßnahmen zur Abführung oder Abkühlung unzulässig erwärmten Kaltwassers.
Die Temperaturvorgaben für das kalte Trinkwasser ergeben sich u. a. aus der DIN 1988-200. Die Norm fordert, dass spätes­tens 30 Sekunden nach dem vollen Öffnen der Entnahmearmatur die Temperatur des kalten Trinkwassers ≤ 25 °C sein muss. Diese Anforderung berücksich­tigt die Einflüsse des Baukörpers auf das Trinkwasser in den Phasen, in denen kein Trinkwasser entnommen wird sowie die Einflussparameter der Rohrleitungshydraulik. Die DVGW-Information Wasser Nr. 90 greift die Temperaturvorgabe von 25 °C auf, empfiehlt aber aus hygienischen Gründen Kaltwasser-Temperaturen von max. 20 °C. Innerhalb von Einzel- und Stockwerksleitungen sind 3 Liter Wasservolumen als Obergrenze definiert, jedoch sollten kleinere Wasservolumina avisiert werden. Diese planerischen Anforderungen lassen sich mit passiven und aktiven Maßnahmen zur Temperaturhaltung vor allem in Zweckgebäuden gut umsetzen.
Trinkwasserhygienisch sollten warmgehende Zirkulationsleitungen mit möglichst kurzen Verbindungen zur Entnahmestelle umgesetzt werden. Praxisbeispiele zeigen jedoch, dass mit dieser guten Lösung für das Warmwassersystem negative Folgen für das Kaltwassersystem einhergehen. Insbesondere die Kombination aus Stockwerkszirkulation und Doppelwandscheibe führt zur Erwärmung der Entnahmearmatur, wie nachfolgendes Beispiel aus einem Klinikum deutlich macht (Bild 1). Die Temperatur auf der Kaltwasserseite der Armatur betrug ≥ 33 °C.
Das Beispiel aus dem Klinikum ist nur eines von vielen und bestätigt die Notwendigkeit zur Umsetzung passiver Maßnahmen in die Praxis. Die Effektivität eines thermischen getrennten Armaturenanschlusses wird besonders im direkten Vergleich mit der konventionellen Installationsweise deutlich (Bild 2).

Anordnung der Rohrleitungen
Eine wesentliche Anforderung der thermischen Trennung ist die richtige Anordnung der horizontal verlegten Rohrleitungen. Nach DIN EN 806-4 muss, sofern die Rohrleitungen für erwärmtes und kaltes Trinkwasser übereinander angeordnet sind, das Warmwasser führende Rohr über dem Kaltwasserrohr verlegt werden (Bild 3).
Diese Installationsweise hat zum Ziel, die Kaltwasserohrleitungen vor Konvektions- und Strahlungswärme zu schützen. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass bei Einsatz von kurzen Stichleitungen im Warmwasser, abgekühltes Warmwasser aufgrund der höheren Dichte in Richtung Armaturenanschluss sinkt (Bild 4). Aufgrund einer sich einstellenden Temperaturschichtung innerhalb der Vorwand sollten horizontal verlegte Kaltwasserleitungen in Bodennähe installiert werden.

Möglichst kurze Einzelzuleitungen
Nach DIN 1988-200 sollen Einzelzuleitungen zu Entnahmestellen so kurz wie möglich ausgeführt werden. Messtechnische Untersuchungen der Querdurchströmung an T-Stücken haben gezeigt, dass der Wasserwechsel im nicht durchströmten Abgang nur wenige Zentimeter beträgt. In Bild 5 ist exemplarisch die Querdurchströmung an einem Versuchsstand mittels Einfärbung dargestellt.
Es wird deutlich, dass die in der Praxis häufig im falschen Kontext verwendete „10-x-DN“-Regel auch hier keine Anwendung finden kann (10 x DN 20 =
200 mm). Die „10-x-DN“-Regel darf ausschließlich bei Einzelzuleitungen zu Löschwasserübergabestellen (DIN 1988-600) oder bei Einzelzuleitungen zu Sicherheitsventilen / thermischen Ablaufsicherungen (DIN 1988-200) genutzt werden. Der hellgelbe Bereich im rechten Bild zeigt, dass bei einer stagnationsbedingten Kontamination der Einzelzuleitung dauerhaft Bakterien wie Legionellen in die nachgeschaltete Installation einströmen können.

Thermisch notwendige Einzelzuleitungslänge
Stagnationsbedingt sind möglichst geringe Einzelzuleitungslängen anzustreben. Um den Temperaturübergang von der Warmwasserseite auf die Kaltwasserseite zu unterbinden ist jedoch eine Auskühlstrecke notwendig. Aufgrund dieses Gegensatzes ergibt sich die Fragestellung nach der minimal möglichen Auskühlstrecke, mit der eine ausreichende thermische Entkopplung des Armaturenanschlusses sichergestellt werden kann. Am Markt werden verschiedene Fertigbauteile für einen thermisch getrennte Armaturenanschluss angeboten. Einige dieser Fertigbauteile wurden im Labor messtechnisch untersucht. Die Warmwasser-Stichleitungsmaße betragen bei allen untersuchten Fertigbauteilen ≤ 10 cm. Die Messungen fanden in einer Vorwandinstallation statt, die vergleichbar zu Bild 3
aufgebaut ist. Das zirkulierende Warmwasser wird oberhalb der Armaturenanschlüsse geführt. Die horizontalen Kaltwasserrohrleitungen sind in Bodennähe verlegt. In Bild 6 ist die Rückseite der Vorwand unter Angabe der eingesetzten Temperaturfühler dargestellt.
Bild 7 zeigt exemplarisch den Temperaturverlauf eines thermisch getrennten Armaturenanschlusses im stationären Zustand. Die Temperatur an der Warmwasser-Wandscheibe (hellrot) entspricht der kumulierten Vorwandtemperatur im Bereich des Armaturenanschlusses (blau). Bei diesem Bauteil findet somit keine bzw. nur eine marginale Wärmeübertragung statt. Trotz Unterschiede in der Effektivität, konnte insgesamt bei allen untersuchten Bauteilen eine funktionierende thermische Entkopplung messtechnisch bestätigt werden.
Grundsätzlich können thermisch getrennte Armaturenanschlüsse auch bauseits hergestellt werden. Die einzelnen Bauteile von Rohrleitungssystemen sind jedoch ursprünglich nicht für die thermische Entkopplung entwickelt worden. Im Rahmen von messtechnischen Untersuchungen konnten deutliche Unterschiede in der Eignung für einen thermisch getrennten Armaturenanschluss festgestellt werden. Soll ein thermisch getrennter Armaturenanschluss bauseits mit dem vor Ort verwendeten Rohrmaterial hergestellt werden, so muss eine diesbezügliche Eignung vorab bei dem Hersteller angefragt werden.

Thermische Funktionstüchtigkeit bei Selbstbau nachweisen
Bild 8 zeigt einen Versuchsstand zur Untersuchung der thermischen Funktionstüchtigkeit von Rohrleitungssystemen am Armaturenanschluss. Im Rahmen messtechnischer Untersuchungen im Labor wurden verschiedene Rohrleitungssys­teme hinsichtlich des Wärmeübergangs auf die Warmwasser-Wandscheibe untersucht. Neben den Strang-Eingangstemperaturen wurden auch die Wandscheibentemperaturen und die Raumtemperatur mittels Temperaturfühlern erfasst. Zur Visualisierung der Temperaturverteilung wurden parallel Thermografieaufnahmen erstellt.
Das Diagramm in Bild 8 zeigt den Temperaturverlauf an den PWH-Wandscheiben verschiedener Rohrleitungssysteme. Die Wandscheibentemperaturen der rot und orange markierten Rohrleitungssys­teme sind im stationären Zustand 5,7 bzw. 3,6 K wärmer als die Wandscheibentemperaturen der blau und grün markierten Rohrleitungssysteme. Eine Eignung zur thermischen Trennung ist bei diesen Rohrleitungssystemen somit nicht gegeben.
In der Thermografie-Aufnahme (Bild 9) ist die Wärmeverteilung in den Stichleitungen zu erkennen. Es ist ersichtlich, dass die thermischen Eigenschaften der Rohrleitungssysteme stark voneinander abweichen. Das rot markierte Rohrleitungssys­tem weist eine hohe Wärmeleitung über die Stichleitung auf. Demgegenüber zeigt das blau markierte Rohrleitungssys­tem bereits eine gute Trennwirkung am T-Stück.

Fazit
Um die Anforderungen an die Kaltwasser-Temperatur erfüllen zu können, sind bei der Planung- und Ausführung einer Trinkwasser-Installation passive und aktive Maßnahmen zur Temperaturhaltung umzusetzen. Eine Warmwasserzirkulation bis unmittelbar an die Entnahmestelle heranzuführen stellt trinkwasserhygienisch weiterhin die beste Lösung dar. Um eine Erwärmung der Kaltwasserseite auszuschließen, ist die Installation von thermisch getrennten Armaturenanschlüssen erforderlich. Die thermisch notwendige Rohrleitungslänge steht hier im Spannungsfeld zur Stagnationsvermeidung. Dementsprechend sollte die Länge der Auskühlstrecke möglichst gering ausgeführt werden. Die messtechnischen Untersuchungen haben gezeigt, dass sowohl mit Fertigbauteilen als auch Rohrleitungen eine thermische Trennung mit Warmwasser-Stichleitungsmaßen von ≤ 10 cm sichergestellt werden kann. Die Aussage einer maximalen Stichleitungslänge ≤ 10 cm ist nur für Standard-Armaturenanschlüsse gültig. Fachplaner und Fachhandwerker sind bei der Installation von Fertigbauteilen grundsätzlich auf der sicheren Seite. Große Unterschiede zeigten sich jedoch bei den untersuchten Rohrleitungssystemen. Aufgrund unterschiedlicher thermischer Eigenschaften darf ein Rohrleitungssys­tem nur mit spezifischen Eignungsnachweis verwendet werden. Je länger die benötigte Auskühlstrecke eines Rohrsystems ist, desto schlechter sind die thermischen Eigenschaften des Rohrsystems zur Entkopplung des Armaturenanschlusses. Daher stellt die Angabe der Auskühlstrecke eine zusätzliches Qualitätskriterium bei der Auswahl des Rohrleitungssystems dar. Rohrleitungssysteme mit thermisch notwendigen Stichleitungsmaßen von > 10 cm sind nicht geeignet. Da neben den eingesetzten Werkstoffen auch die strömungstechnischen Eigenschaften relevant sind, ist die notwendige Auskühlstrecke nur mit den zugehörigen Randbindungen anzugeben (z. B. max. Zirkulationsvolumenstrom).

Literatur:
[1] DIN 1988-200: Technische Regeln
für Trinkwasser-Installationen – Teil 200: Installation Typ A (geschlossenes System) – Planung, Bauteile, Apparate, Werkstoffe; Technische Regel des DVGW, Beuth-Verlag, Mai 2012
[2] DIN 1988-600: Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen – Teil 600: Trinkwasser-Installationen in Verbindung mit Feuerlösch- und Brandschutzanlagen; Technische Regel des DVGW, Beuth-Verlag, Juli 2021
[3] DIN EN 806-4: Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen – Teil 4: Installation, Beuth-Verlag, Juni 2010
[4] DVGW-Information WASSER Nr. 90: Informationen und Erläuterungen zu Anforderungen des DVGW-Arbeitsblattes W 551, wvgw-Verlag, März 2017

Autoren:
Prof. Dr. Ing. Carsten Bäcker, Lehr- und Forschungsgebiet: Integriertes Planen und Sanitärtechnik FH Münster – Fachbereich Energie · Gebäude · Umwelt
Stefan Cloppenburg M.Eng., Wissenschaftlicher Mitarbeiter / Projektingenieur FH Münster – Fachbereich Energie · Gebäude · Umwelt
Jonas Wingbermühle B.Eng., Wissenschaftlicher Mitarbeiter / Projektingenieur FH Münster – Fachbereich Energie · Gebäude · Umwelt

www.fh-muenster.de/egu