Hygienische Installation beginnt bei der Planung

Obwohl die „neue“ Trinkwasserverordnung mit ihrem Fokus auf die Einhaltung der Hygiene und der Pflicht der Beprobung auf Legionellen jetzt ihr 10-jähriges Bestehen feiert, gibt es immer noch Auswirkungen, die genauer beleuchtet werden sollten. Dies gilt speziell, wenn neben den Anforderungen an die Hygiene auch noch Anforderungen an den Trinkwasserkomfort gestellt werden. Dieser Artikel von Uponor (www.uponor.de) versucht das Wechselspiel dieser zwei Anforderungen und ihre Konsequenzen für die Gebäudeplanung aufzuzeigen.

Was muss sein? Vorschriften für Hygiene und Komfort

Um für einwandfreie Hygiene in Trinkwassersystemen zu sorgen, sind die einzuhaltenden Temperaturen in Normen wie der DIN 1988-200 klar geregelt. Für Warmwasser wird dabei nach Art der Trinkwassererwärmung unterschieden. Erfolgt die Erwärmung zentral, gilt: Die Austrittstemperatur am Trinkwassererwärmer muss ≥ 60 °C sein. Nur bei zentralen Trinkwassererwärmern mit hohem Wasserverbrauch kann die Temperatur auf ≥ 50 °C abgesenkt werden. In diesem Fall ist der Betreiber bei Inbetriebnahme und Einweisung jedoch über das eventuelle Gesundheitsrisiko (Vermehrung von Legionellen) zu informieren.

Die Vorgabe für zirkulierenden Trinkwasserinstallationen ist, dass ein Temperaturabfall von 5 K nicht überschritten werden darf. Für dezentrale Trinkwasserinstallationen unterscheidet die Norm wie folgt:

– Versorgt ein dezentraler Trinkwassererwärmer nur eine Entnahmearmatur, kann dieser ohne weitere Anforderungen betrieben werden (Einzelversorgung).

– Bei dezentralen Speicher-Trinkwassererwärmern, die der Versorgung einer Gruppe von Entnahmestellen dienen, muss die Trinkwassertemperatur am Austritt aus dem Trinkwassererwärmer ≥ 50 °C betragen.

– Dezentrale Durchfluss-Trinkwassererwärmer können ohne weitere Anforderungen betrieben werden, wenn das nachgeschaltete Leitungsvolumen von 3 l im Fließweg nicht überschritten wird.

Für Kaltwasser gilt generell eine Obergrenze von 25 °C. Diese Grenze ist auch nach Erkenntnissen des TWZ in Dresden, das das Zusammenspiel von Legionellen und Amöben untersucht hat, als sinnvoll anzusehen.[1] Eine weitere Abkühlung hat keine Auswirkung auf das Legionellenwachstum.

Wie schnell bestimmte Wassertemperaturen an Entnahmestellen verfügbar sind, beeinflusst den Komfort. Der Standard ist in der DIN 1988-200 festgelegt: Die Solltemperaturen für Warmwasser (55 °C) und Kaltwasser (25 °C) sollen nach 30 s erreicht werden. Eine Ausnahme bilden hier wieder die dezentralen Trinkwassererwärmer. Genauer unterscheidet die VDI-Richtlinie 6003 (Tabelle 1), die werkvertraglich vereinbart werden kann. Sie unterscheidet zwischen drei Anforderungsstufen, die teilweise deutlich geringere Werte fordern:

In den meisten Fällen wird Stufe II vereinbart – Stufe I entspricht praktisch den Normvorgaben und Stufe III ist nur schwer umsetzbar.

Herausforderung Kaltwasser: Leitungsschächte planen

Die Einhaltung der Vorgaben für das Trinkwasser warm ist relativ einfach – einen vernünftigen hydraulischen Abgleich vorausgesetzt. Deutlich schwieriger ist es, die Kaltwasserleitung vor einer Erwärmung über 25 °C zu schützen – selbst bei normgerechter Dämmung. Eine besondere Problemzone ist der Schacht, in dem warm- und kaltgehenden Leitungen auf möglichst engem Raum untergebracht werden. Das zeigen Messungen, die am Prüfstand im „Uponor Experience Center“ in Haßfurt durchgeführt wurden. Dabei wurde eine klassische Schachtbelegung mit einer verglichen, bei der die Kaltwasserleitung durch eine 80 mm PUR-Platte von den warmgehenden Leitungen thermisch getrennt wurde. Zusätzlich wurde nach Art der Trinkwassererwärmung unterschieden: eine zentrale Trinkwassererwärmung mit Zirkulation und eine dezentrale Trinkwassererwärmung.

Die Tabelle 2 zeigt die Lufttemperaturen im Schacht und die Dauer der Erwärmung des Kaltwassers auf 25 °C. Aus den Messungen geht hervor, dass selbst eine thermische Trennung die zu starke Erwärmung des Trinkwassers kalt bei der zentralen Trinkwassererwärmung mit Zirkulation nicht verhindern kann – der Wärmeeintrag der Zirkulation in den Schacht ist zu groß. Versuche mit einer Belegung im 0-Abstand sind zwar nicht durchgeführt worden, sollten aber noch schlechtere Ergebnisse liefern, da dann der gleiche Wärmeeintrag auf ein geringeres Volumen erfolgt. Hinzu kommt das Problem des Zirkulationsabgangs. Dieser wird durch die Wärmeleitung der Rohre und des Wassers auf den ersten Metern immer oberhalb der 25 °C gehalten.

Die Tabelle macht es deutlich: Nur bei einer dezentralen Versorgung und einer thermischen Trennung ist die Temperaturentwicklung bei einer normalen Nutzung in einem Wohngebäude gerade noch akzeptabel.

Um Hygienesicherheit zu erlangen, müssen alle Hygieneanforderungen konsequent beachtet werden – dann führt kein Weg an einem separaten Schacht für das Trinkwasser kalt vorbei. Das muss bereits bei der Grundrissplanung beachtet werden. Dass zwei Schächte benötigt werden, ist folglich der Trinkwasserhygiene geschuldet. Wo diese Schächte liegen müssen, ergibt sich aus den Komfortanforderungen.

Mit Stockwerksinstallation Stagnation vermeiden

Bei der Stockwerksinstallation unterscheidet man zwischen den drei Installationsarten T-Installation, Reihen-Durchschleifinstallation und Ring-Durchschleifinstallation. Die T-Installation ist am Bau seit Jahrzehnten am weitesten verbreitet, weist aus hygienischer Sicht jedoch Nachteile auf. Denn Legionellen breiten sich auch bei hohen Stagnationszeiten aus, weshalb eine Nutzungsunterbrechung ab 72 h laut VDI 3810 eine kritische Betriebsunterbrechung ist. Es gilt deshalb: Jede Entnahmestelle muss regelmäßig alle drei Tage genutzt werden. Das mag für einen Wohnungsbesitzer zunächst unproblematisch klingen, ist für größerer Anlagen, etwa Krankenhäusern, Altenheimen, Sporthallen oder Bürogebäuden mit Mitarbeiterduschen jedoch eine Herausforderung. Und selbst im normalen Wohnungsbau muss bedacht werden, dass es Leerstände gibt, Gäste-WCs und zugehörige Handwaschbecken nur unregelmäßig genutzt werden, Bewohner im Urlaub sind oder die Badewanne vielleicht aus Altersgründen nicht mehr genutzt wird.

Die Durchschleif-Reiheninstallation versucht dieses Problem zu umgehen, indem alle Entnahmestellen bis zur letzten, nämlich der am häufigsten genutzten Entnahmestelle für Kalt- bzw. Warmwasser (das sind WC und Handwaschbecken), durchgeschliffen werden. Dies führt aber zu anderen Schwierigkeiten: Auf Grund der benötigten Entnahmemengen und der Positionierung der Elemente werden sowohl größere Rohrdimensionen am Anfang der Reihe als auch insgesamt mehr Rohr benötigt. So kommt man schnell über die 3-Liter-Grenze und es gilt laut Norm: „Bei Rohrleitungsinhalten von > 3 l sind Zirkulationsleitungen oder selbstregelnde Temperaturhaltebänder einzubauen.“ Ob 3 l ausreichend sind, entscheidet sich dabei schon bei der Planung des Badezimmers – sowohl in Bezug auf die Lage im Gebäude als auch der Positionierung der Bad-Elemente.

Vorteile bietet die Durchschleif-Ringinstallation, kurz Ringinstallation, bei der wie bei der Durchschleif-Reiheninstallation verlegt wird, nur dass man ab der letzten Entnahmestelle zusätzlich zum ersten Abgang weiterschleift und damit den Ring schließt. Dafür werden zwar ein paar Meter Rohr mehr benötigt (je nach Grundriss des Badezimmers), man erhält dafür aber diverse Vorteile:

– Kleinere Rohrdurchmesser: Der ganze Ring kann mit 16er Rohr realisiert werden, das reduziert den Wasser-inhalt.

– Weniger Stagnation: Es findet ein Wasseraustausch im gesamten Ring statt, egal welche Entnahmestelle genutzt wird.

– Weniger Verlust: Durch das Aufteilen der Volumenströme auf zwei Stränge reduziere ich die Druckverluste signifikant.

– Vereinfachte Installation: Nur eine Rohrdimension bei Rohren, Fittings und Pressbacken, kein Nachdämmen von T-Stücken und die Verwendung von vorgedämmten Rohren erleichtern die Logistik auf der Baustelle.

Wichtig ist, dass die Zirkulation nur maximal bis zum Ringanfang und nicht in den Ring hineingeführt wird. Bleibt die Frage, ob mit der hygienisch vorteilhaften Ringinstallation auch die Komfortkriterien nach VDI 6003 eingehalten werden können. Dafür sind die Leitungslängen entscheidend.

Entfernungen optimieren: Die Leitungslänge

An dieser Stelle wird nur der kritische Warmwasserbereich betrachtet.

Die oberste Grenze für die maximale Leitungslänge ergibt sich aus der 3-Liter-Regel:  Das 16er Uponor Unipipe PLUS Rohr hat ein Volumen von 0,11 l/m womit sich eine Leitungslänge von 27 m ergibt. Berücksichtigt man eine Reserve für den Wasserinhalt in den Objektanschlüssen, beträgt die maximale Leitungslänge real 25 m.

Die nächste Grenze folgt aus der 30s-Regel der DIN 1988-200. Bei einer Entnahmemenge einer Standarddusche von 0,15 l/s müssen also erst mal 4,5 l Wasser ablaufen, bis das erste warme Wasser ankommt. Ein entsprechender Fachbegriff hierfür fehlt, sodass wir diese Zeit hier als „Ausschubzeit“ definieren. Auch wenn damit die drei Liter überschritten werden, bleibt eine Schwierigkeit: Nach 30 s und 4,5 l hat das Wasser noch nicht die erforderliche Temperatur von 55 °C. Denn auf dem Weg vom Zirkulationsanschluss/der Warmwasserstation bis zur Entnahmestelle verliert das Wasser Temperatur, da es Energie an das Rohr abgibt. Wie groß der Wärmeverlust ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab:

– der Wärmekapazität des Rohres,

– der Rohrtemperatur,

– der Dämmung und

– der Umgebungstemperatur.

Aus Messungen hat sich aber ergeben, dass die Zeit, bis die 55 °C erreicht werden, etwa das 1,4-fache der berechneten Ausschubzeit beträgt. Damit ergibt sich eine maximale Leitungslänge, die der der 3-Liter-Regel entspricht.

Diese Leitungslängen sollten nur bei großen Wohnungen und Badezimmern – mit damit einhergehenden weiten Strecken – zu Problemen mit der Schachtpositionierung führen.

Schwierig wird es, wenn Stufe II der VDI 6003 eingehalten werden muss. Um innerhalb von 10 s mindestens 38 °C an der Dusche (42 Solltemperatur +/- 4 K) zu erreichen, müssen die Positionierung der Schächte und der Objekte im Badezimmer auf diese Anforderung abgestimmt werden. Die Frischwarmwasserstation sollte möglichst nah am Steigstrang und am Start der Ringleitung platziert werden. KaMo empfiehlt eine maximale Leitungslänge von 3 m zwischen Steigstrang und Station.

Wichtig ist auch die Positionierung der Dusche im Ring  (siehe Tabelle 2) Wenn sie nah am Anfang des Ringes positioniert wird, kommt über die kurze Teilstrecke schnell warmes Wasser, welches sich mit dem noch kalten Wasser aus dem zweiten Teilstrang mischt. Die Mischtemperatur ist ausreichend um die 42 °C Zieltemperatur der Dusche zu erreichen. Wenn nach einer längeren Zeit auch das warme Wasser über den zweiten Teilstrang an der Dusche ankommt, kommt es zu einem abermaligen Temperaturanstieg. Deshalb sollte bei einer Dusche in einer Ringinstallation auch mit einem Thermostat gearbeitet werden.

Bei einer solchen günstigen Positionierung der Dusche, ist die Einhaltung der VDI 6003 kein Problem. Wenn die Dusche ungünstig in der Mitte des Ringes positioniert wird, ist die Zeit bis zum zweiten Temperatursprung zwar geringer, die Zeit bis erstmals warmes Wasser an der Dusche ankommt vergrößert sich jedoch und die Einhaltung der VDI 6003 muss überprüft werden. Wird die Dusche so gesetzt, dass sich die Teilstrecken im Verhältnis 60:40 aufteilen, fließt rund 58 Prozent des Volumenstromes über die kürzere und 42 Prozent über die längere Strecke. Der Volumenstrom über die kürzere Strecke ist dann bei einer Dusche mit 0,15 l/s Entnahmemenge ca. 0,1 l/s. Unter der Bedingung, dass nach 10 Sekunden 38 °C warmes Wasser anliegt, der daraus abgeschätzten Ausschubzeit von ca. 7,2 s und der Verwendung eines 16er Rohrs, ergibt sich eine maximale Leitungslänge bis zur Dusche von nur 6,5 m.

Wichtig bei der Positionierung von Küche und Badezimmer ist auch die Forderung, dass an der Spüle 46 °C (50 °C +/-4K) in einer Zeit von 18 Sekunden erreicht werden müssen. Auch die Zieltemperatur muss bedacht werden, denn um die geforderten 50 °C zu erhalten, werden Temperaturen benötigt, die die (energetisch sinnvolle) Ausnutzung der Sonderregeln zur Absenkung der Warmwasser-Temperatur bei dezentralen Systemen unmöglich macht.

Insgesamt sieht man, dass die Anforderungen an Warmwasserkomfort und Hygiene schon bei der Gebäudeplanung berücksichtigt werden müssen, da sonst Anforderungen wie die VDI 6003 Stufe II nicht erfüllt werden können.