Präzise Gebäudeplanung: Hygiene und Komfort bei der Trinkwasserinstallation

Um für einwandfreie Hygiene in Trinkwassersystemen zu sorgen, sind die einzuhaltenden Temperaturen in Normen wie der DIN 1988‑200 „Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen – Teil 200: Installation Typ A (geschlossenes System) – Planung, Bauteile, Apparate, Werkstoffe“ klar geregelt. Für Warmwasser wird dabei nach Art der Trinkwassererwärmung unterschieden. Erfolgt diese zentral, dann 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 die Betreiberin oder der Betreiber bei Inbetriebnahme und Einweisung jedoch über das eventuelle Gesundheitsrisiko (Vermehrung von Legionellen) zu informieren.

Die Vorgabe für zirkulierende Trinkwasser-Installationen lautet, dass ein Temperaturabfall von 5 K nicht überschritten werden darf. Für dezentrale Trinkwassererwärmung 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.

Einfluss von Kaltwassertemperaturen auf Legionellen

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. Das Forschungsprojekt ­„Legionellen im Kaltwasser“ ging den Prozessen und Faktoren, die das Wachstum von Legionellen im Kaltwasser beeinflussen, auf den Grund. (DVGW-Forschungsvorhaben, ­Förderkennzeichen W 201629). Eine weitere Abkühlung unter 25 °C hat keine Auswirkung auf das Legionellenwachstum.

DIN 1988 200: Vorgaben für Wassertemperaturen und deren Verfügbarkeit

Wie schnell bestimmte Wassertemperaturen an Entnahmestellen verfügbar sind, beeinflusst den Komfort. Der Standard ist ebenfalls in der DIN 1988‑200 festgelegt: Die Solltemperaturen für Warmwasser (55 °C) und Kaltwasser (25 °C) sollen nach 30 Sekunden erreicht werden. Eine Ausnahme bilden hier wieder die dezentralen Trinkwassererwärmer.

VDI 6003: Anforderungsstufen und Komfortkriterien für Trinkwassererwärmungsanlagen

Genauere Angaben macht die VDI 6003 „Trinkwassererwärmungsanlagen – Komfortkriterien und Anforderungsstufen für Planung, Bewertung und Einsatz“, die werkvertraglich vereinbart werden kann. Die Richtlinie unterscheidet zwischen drei Anforderungsstufen, die teilweise deutlich geringere Werte fordern (Bild A). In den meisten Fällen wird Stufe II vereinbart – Stufe I entspricht praktisch den Normvorgaben und Stufe III ist nur schwer umsetzbar.

Die Schwierigkeit des Kaltwasserschutzes

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 kaltgehende Leitungen auf möglichst engem Raum untergebracht werden.

Experimente im Uponor Experience Center: Auswirkungen auf die Kaltwassertemperatur

Das zeigen am Prüfstand im Uponor ­Experience Center in Haßfurt durchgeführte Messungen. 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 erfolgte eine Unterscheidung nach Art der Trinkwassererwärmung: eine zentrale Trinkwassererwärmung mit Zirkulation und eine dezentrale Trinkwassererwärmung.

Bild B 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 Nullabstand 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 Messergebnisse machen 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. Folglich führt kein Weg an einem separaten Schacht für das Trinkwasser kalt vorbei. Dies gilt es bereits bei der Grundrissplanung zu beachten. Wo diese Schächte liegen müssen, ergibt sich aus den Komfortanforderungen.

Gefahren durch Stagnation in Stockwerksinstallationen

Bei der Stockwerksinstallation wird zwischen den drei Installationsarten T‑Stück-Installation, Durchschleif-Reiheninstallation und Durchschleif-Ring­installation unterschieden. Die T‑Stück-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 Stunden laut VDI 3810 „Betreiben und Instandhalten von Gebäuden und gebäudetechnischen Anlagen“ 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 größere Anlagen, etwa in 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, Bewohnerinnen und 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), durchgeschleift werden. Dies führt aber dazu, dass aufgrund der benötigten Entnahmemengen und der Positionierung der Elemente sowohl größere Rohrdimensionen am Anfang der Reihe als auch insgesamt mehr Rohrmeter benötigt werden.

So ist schnell die Drei-Liter-Grenze überschritten. Laut Norm gilt: „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 die Positionierung der Sanitärobjekte.

Durchschleif-Ringinstallation: Vorteile und Vorgehen

Vorteile bietet die Durchschleif-Ringinstallation, kurz Ringinstallation (Bild C). Diese wird wie die Durchschleif-Reiheninstallation verlegt, jedoch ab der letzten Entnahmestelle zusätzlich zum ersten Abgang weitergeschleift; damit ist der Ring geschlossen. Dafür werden zwar ein paar Meter Rohr mehr benötigt (je nach Grundriss des Badezimmers), die Installationsart ist aber mit diversen Vorteilen verbunden:

• Kleinere Rohrdurchmesser: Der ganze Ring kann mit der Rohrdimension 16 mm realisiert werden, das reduziert den Wasserinhalt.
• Weniger Stagnation: Es findet ein Wasseraustausch im gesamten Ring statt, egal welche Entnahmestelle genutzt wird.
• Geringer Druckverlust: Durch das Aufteilen der Volumenströme auf zwei Stränge reduzieren sich die Druckverluste signifikant.
• Vereinfachte Installation: Nur eine ­Dimension 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 erfolgt und nicht in den Ring hineingeführt wird. Hier stellt sich die Frage, ob mit der hygienisch vorteilhaften Ringinstallation auch die Komfortkriterien nach VDI 6003 eingehalten werden können. Dafür sind die Leitungslängen entscheidend.

Optimierung von Leitungslängen in Warmwasserbereichen

An dieser Stelle wird nur der kritische Warmwasserbereich betrachtet. Die oberste Grenze für die maximale Leitungslänge ergibt sich aus der Drei-Liter-Regel: Das Mehrschichtverbundrohr ­Unipipe in der Dimension 16 mm beispielsweise hat ein Volumen von 0,11 l/m, womit sich eine Leitungslänge von 27 m ergibt. Unter Berücksichtigung einer Reserve für den Wasserinhalt in den Objektanschlüssen beträgt die maximale Leitungslänge real 25 m.

Die nächste Grenze folgt aus der 30‑Sekunden-Regel der DIN 1988‑200. Bei einer Entnahmemenge einer Standarddusche von 0,15 l/s müssen zunächst 4,5 l Wasser ablaufen, bis warmes Wasser an der Entnahmestelle ankommt. Da ein entsprechender Fachbegriff dafür fehlt, wird diese Zeit hier als „Ausschubzeit“ definiert. Doch auch wenn damit die 3 l überschritten werden, bleibt eine Schwierigkeit: Nach 30 Sekunden und 4,5 l hat das Wasser noch nicht die erforderliche Temperatur von 55 °C. Denn auf dem Weg vom Zirkulationsanschluss bzw. der Warmwassersta­tion bis zur Entnahmestelle kühlt das Wasser ab, 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
• der Umgebungstemperatur.

Messungen haben jedoch 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 derjenigen der Drei-Liter-Regel entspricht. Diese Leitungslängen sollten nur bei großen Wohnungen und Badezimmern – mit damit einhergehenden weiten Strecken – zu Problemen mit der Schachtpositionierung führen.

Komfortgemäße Leitungsführung nach VDI 6003 Stufe II

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

Wichtigkeit der Positionierung in Durchschleif-Ringinstallationen

Bei Ringinstallationen teilen sich die Massenströme immer entsprechend den Druckverlusten der beiden Strecken zur Entnahmestelle auf. Dies passiert nicht linear, da der Druckverlust quadratisch vom Volumenstrom abhängt. So kommen immer mindestens 30 % des bei der Dusche benötigten Volumenstromes über die längere Teilstrecke, sodass eine komplette Durchspülung des gesamten Ringes bei jeder Entnahme gegeben ist.

Wichtig ist aber die Positionierung der Dusche im Ring. Erfolgt diese am Anfang des Ringes, dann kommt über die kurze Teilstrecke sehr schnell warmes Wasser, welches sich mit dem noch kalten Wasser aus dem zweiten Teilstrang mischt. Die Mischtemperatur ist dann ausreichend, um die 42 °C Zieltemperatur für das Duschwasser zu erreichen.

Wenn nach einer längeren Zeit auch das warme Wasser über den zweiten Teilstrang an der Dusche ankommt, findet ein abermaliger Temperaturanstieg statt. Deshalb sollte bei einer Dusche in einer Ringinstallation mit einem Thermostat gearbeitet werden.

Bei einer derart günstigen Positionierung der Dusche bereitet die Einhaltung der VDI 6003 in der Regel keine Probleme. Wenn die Dusche allerdings ungünstig in der Mitte des Ringes positioniert wird, ist die Zeitspanne bis zum zweiten Temperatursprung zwar geringer, aber der Zeitraum, bis das warme Wasser an der Duscharmatur ankommt, vergrößert sich und die Einhaltung der Stufe II nach VDI 6003 muss überprüft werden.

Wird die Dusche so platziert, dass sich die Teilstrecken im Verhältnis 60 : 40 aufteilen, fließen rund 58 % des Volumenstromes über die kürzere und 42 % über die längere Strecke. Der Volumenstrom über die kürzere Strecke beträgt dann bei einer Duscharmatur mit einer Entnahmemenge von 0,15 l/s etwa 0,1 l/s. Unter der Bedingung, dass nach 10 Sekunden eine Wassertemperatur von 38 °C erreicht wird, die daraus abgeschätzte Ausschubzeit etwa 7,2 Sekunden beträgt und die Rohrdimension 16 mm verwendet wurde, ergibt sich eine maximale Leitungslänge bis zur Dusche von nur 6,5 m.

Wichtig bei der Positionierung von Küche und Badezimmer ist zudem die Forderung, dass an der Spüle eine Wassertemperatur von 46 °C (50 °C Solltemperatur +/-4 K) in einer Zeit von 18 Sekunden erreicht werden muss. In Bezug auf die Zieltemperatur gilt es zu bedenken, dass zur Erreichung der geforderten 50 °C Temperaturen benötigt werden, die eine (energetisch sinnvolle) Ausnutzung der Sonderregeln zur Absenkung der Warmwassertemperatur bei dezentralen Systemen unmöglich machen.

Der Autor Sven Petersen ist Referent Segment ­Commercial Marketing DACH bei der ­Uponor GmbH.