Ringleitungen und Maschen in Trinkwasserinstallationen

Der Begriff Trinkwasserinstallation ist in der Trinkwasserverordnung von 2001 definiert als „die Gesamtheit der Rohrleitungen, Armaturen und Apparate, die sich zwischen dem Punkt des Übergangs von Trinkwasser aus einer Wasserversorgungsanlage an den Nutzer und dem Punkt der Entnahme von Trinkwasser befinden“¹⁾.

Die Anforderungen und technischen Regeln für Trinkwasserinstallationen wurden für Europa nach DIN EN 806 neu genormt. Die deutschen Ergänzungsnormen dazu sind:

DIN 1988 Teil 100, zum Schutz des Trinkwassers und Trinkwassergüte,

DIN 1988 Teil 200 zur Planung und Errichtung,

DIN 1988 Teil 300 zur Berechnung der Rohrdurchmesser.

Neue Berechnung der Rohrdurchmesser nach DIN 1988 Teil 300

Um überdimensionierte Rohrleitungen zu vermeiden, erfolgt die Aufteilung der Wohnungen in mehrere „Nutzungseinheiten“, wobei jede davon mit maximal zwei Entnahmestellen berücksichtigt wird.

Das Ziel der Berechnung ist es, unter Ausnutzung des maximal zulässigen Druckverlustes für jede Gebäudeart die „kleinstmöglichen Rohrdurchmesser“ zu finden. Darum unterscheidet die DIN 1988 Teil 300 zur Berechnung der Rohrdurchmesser zwischen Gebäuden mit Wohnungen, Seniorenheimen, Hotels, Krankenhäusern, Schulen und Pflegeheimen. In Formel 9 der Norm sind für jede Gebäudeart ande- re Gleichzeitigkeitsfaktoren festgelegt. Zum Beispiel ist nach der, für den Wohnungsbau und Seniorenheime gemeinsam gültigen Formel, der Spitzendurchfluss V_s = 1,48ù(Summendurchfluss)^0,19– 0,94 (l/s).

Für Stockwerksleitungen werden aus hygienischen Gründen Ringleitungen empfohlen

In der Trinkwasserversorgung von Städten gehören Ringleitungen und Maschen zum allgemein anerkannten Stand der Technik. Zur Erfüllung der hygienischen Anforderungen nach der neuen Trinkwasserverordnung sind sie aber eine Neuheit, wenn man so will „neuester Stand der Technik“. Für die zentrale Trinkwassererwärmung wurden sie von Joachim Zeeh [1] zur Vermeidung der Stagnation des Trinkwassers in der zentralen Warmwasserbereitung und zur Vermeidung der Stagnation in der Kaltwasserverteilung, besonders als Problemlösung für die Trinkwasserinstallation in Gebäuden, mit den dort vorgeschriebenen Wohnungszählern neu erfunden.

Neuerdings werden Ringleitungen als Stockwerksleitungen in den Wohnungen nach DIN 1988 Teil 300 als „besonders hygienische Lösung“, empfohlen und auch eingebaut.

Die Rohrdurchmesser der Ringleitung sind geringer als bei der üblichen Baumstruktur

Der Summendurchfluss SD einer Trinkwasserinstallation für acht Wohnungen ist zum Beispiel bei Kaltwasser 8ù0,64 = 5,12 l/s.

Die Berechnung führt zu den kleinstmöglichen Rohrdurchmessern

Im Gegensatz zur Baumstruktur, wo die Auslegung für zwei mal vier Wohnungen erfolgt, wobei sich ein Summendurchfluss von 2,56 l/s ergibt, wird bei der Ringleitung jede Wohnung mit dem halben Zustrom von oben und dem halben Zustrom von unten mit SD = 0,32 l/s und V_S = 0,22 l/s berücksichtigt. Zum Beispiel werden für acht Wohnungen an einer gemeinsamen Ringleitung für jede Seite ein theoretischer Summendurchfluss SD = 1,99 l/s angenommen. Beginnend mit den weitest gelegenen Zapfstellen werden alle Teilstrecken der Ringleitung durch Gleichsetzung der Druckverluste in der linken und rechten Seite der Ringleitung durch Iteration ausgelegt. Die Berechnung führt zu den kleinstmöglichen Rohrdurchmessern des Kaltwassersystems, zum Beispiel bei acht Wohnungen DN 15 für alle Rohrleitungen bei einem Druckverlust des Rohrsystems von ca. 1 bar. Zur Vereinfachung der Berechnung und der Anlage werden wie bei der Wohnungsringleitung, mit dem Ziel einer besonders hygienischen Lösung, alle Rohre der Ringleitung mit dem gleichen Durchmesser ausgeführt.

Kaltwasserringleitung im Vergleich zur Baumstruktur

Wer die Vorteile von Ringleitungen und Maschen für die Trinkwasserhygiene beurteilen will, der sollte hierzu den VDI-Bericht zum Vortrag „Vermaschte Netze in der Trinkwasserhausinstallation“ [2] lesen. Am Beispiel von Zehn Wohnungen werden hier die Vorteile einer Trinkwasserverteilung mit Ringleitung gegenüber der Baumstruktur detailliert erläutert. Es gab 2008 in der alten DN 1988 Teil 3 noch keine Berechungsmethode zur Ringleitung wie die neuerdings beschriebene Stockwerksleitung im Teil 300 der neuen Norm mit der Empfehlung zu den überall gleichen Rohrdurchmessern, wie im untenstehenden Bild für die Ringleitung und Maschen dargestellt.

Die bestimmungsgemäße Nutzung für Wohnungen ist bei der Ringleitung gewährleistet

Die Einhaltung der in der VDI 6023 [3] geforderten Austauschquote, innerhalb von 72 Stunden, maximal einer Woche, ist mit der Ringleitung mit acht Wohnungen an einem gemeinsamen Rohrsystem praktisch immer gesichert. Für das übliche Rohrnetz mit der Baumstruktur für zwei mal vier Wohnungen, links im Bild 1, werden hingegen zur Vermeidung der Stagnation zunehmend „Zwangsspülsysteme“ von den Anbietern empfohlen.

Für neu geplante Objekte mit Baumstruktur werden zur „Vermeidung von Stagnation in selten genutzten Entnahmestellen im Kaltwassersystem“ von allen Anbietern Systeme mit „Hygienespülungen“ an jedem einzelnen Steigestrang vorgesehen. Der Grund dafür ist, dass bei der Baumstruktur die „bestimmungsgemäße Nutzung“ nicht sicher gewährleistet ist.

Die Ringleitung für acht Wohnungen nach Bild 1 hat gegenüber der Baumstruktur eine vierfache Sicherheit gegen Stagnation.

Auf Basis der neuen DIN 1988 Teil 300 wurde für Ringleitungen und Maschen ein neues Berechnungsprogramm erstellt

Die von Zeeh [1] vorgeschlagene Ring-leitung für Kalt- und Warmwasser konnte bisher mit keinem der verfügbaren Auslegungsprogramme nach DIN 1988 Teil 300 berechnet werden. Es gab bisher nur die Auslegung der Ringleitung innerhalb der Wohnungen. Darum, und um die hygienischen Vorteile der Ringverteilung auch für die Trinkwasserverteilung im Gebäude nutzen zu können, wurde für die Ringleitung und Maschen von bis zu vier Seigesträngen sowohl für Kalt- als auch für Warmwasser, inzwischen ein eigenes EXCEL-Berechnungsprogramm auf der Basis von DIN 1988 Teil 300 erstellt [9].

Das Berechnungsbeispiel im Bild wurde für eine Trinkwasserinstallation mit drei Steigsträngen für 12 Wohnungen erstellt.

Die Vorteile der Trinkwassermasche für 12 Wohnungen sind:

• Bei jeder einzelnen Kaltwasserzapfung fließt frisches Wasser in die komplette Trinkwasserinstallation.
• Die Stagnation des Trinkwassers wird ohne zusätzliche Maßnahmen vermieden.
• Das komplette Kaltwasser-Rohrsystem hat bis zu den Wohnungszählern ein Volumen von nur 14 Litern, das bei jeder größeren Zapfung ausgetauscht wird.
• Zur Urlaubszeit ist die Benutzung nur einer der 12 Wohnungen schon ausreichend, um Stagnation in der Kaltwasser-Ringleitung zu verhindern.
• Wirtschaftlich durch die Nutzung kleinstmöglicher Rohrdurchmesser, zum Beispiel DN 15 bei einem Druckverlust unter 1 Bar, geringste Installationskosten.
• Ressourcen schonend, hygienisch sicher, keine Trinkwasservergeudung.
• Die Ringleitung für 12 Wohnungen hat gegenüber der Baumstruktur eine sechsfache Sicherheit gegen Stagnation.

Für die Zukunft: Ressourcen schonend und hygienisch sicher

Es gibt viele Gründe und es wird immer wichtiger kleinstmögliche Rohrdurchmesser zu planen und für eine maximale Austauschquote zu sorgen. Nach Schmickler [6] sinkt der Wasserverbrauch im Wohnungsbau kontinuierlich. In zehn Jahren von 130 auf nur noch 123 l/d und Person. Darum sollen Trinkwasserinstallationen ohne Überdimensionierung erfolgen. Darum müssen die üblichen Systeme mit der Baumstruktur besonders im Wohnungsbau genau berechnet werden.

Das neue Auslegeprogramm kann für Ringleitungen und Maschen mit zentraler Zuleitung mit zwei, drei oder vier Steigesträngen angewendet werden.

Auch räumlich vermaschte Systeme sind möglich.

Die Vorteile der Trinkwassermasche für 12 Wohnungen lassen sich bei symmetrischer Anordnungen von vier Steigesträngen (Bild) auch auf 20 Wohnungen übertragen.

Die gesamte Trinkwasserinstallation für 20 Wohnungen hat einen Summendurchfluss von 12,8 l/s. In der Zuleitung und am Kaltwasserzähler ist danach der Spitzendurchfluss V_s = 1,462 l/s. Für jeden der vier Steigestränge ist der Spitzendurchfluss damit V_s = 0,366 l/s. Der nach Formel 9 der Norm zurückberechnete Summendurchfluss ist = 1,034 l/s und wird für die Berechnung von Durchflussmengen und Druckverlusten in allen Teilen der Trinkwassermasche zu Grunde gelegt. Beginnend mit den letzten Zapfstellen werden die Teilstrecken der Masche ausgelegt. Alle Rohre in der Verteilung sind DN 15, der Druckverlust für die Verteilung bis zur letzten Zapfstelle ist nicht höher als 1 bar.

Aus hygienischer Sicht führt die hohe Austauschquote zur maximalen Verdünnung

Der gesamte Trinkwasserinhalt der Verteilung liegt bei 26 Liter (Baumstruktur 35 Liter). Das Ergebnis ist aus hygienischer Sicht eine maximale Austauschquote und die durch maximale Nutzung erreichte Verdünnung in der Trinkwasserinstallation.

Die Trinkwassermasche hat gegenüber der Baumstruktur eine achtfache Sicherheit gegen Stagnation, weil schon die Anwesenheit von zwei Mietern eine „bestimmungsgemäße Nutzung“ im Sinne der VDI 6023 garantiert. Damit bei Reparaturen am System nicht alle Nutzer betroffen werden, sind je Steigestrang zwei Kugelabsperrhähne vorgesehen, die Wartungsarbeiten, Zähleraustausch, usw. ermöglichen.

Als Obergrenze für die Anordnung sind wegen der hydrostatischen Höhe der Gebäude fünf Stockwerke zu sehen.

Die Vorteile der Kaltwassermaschen gelten erst recht für die zentrale Warmwasserbereitung

Wegen der gleichartigen Druckverluste sollten nach Möglichkeit beide Systeme mit Ringleitung oder Maschen ausgeführt werden. Auf diese Weise ist auch die Option auf den Einbau einer „Zirkulationswärmepumpe“ in Verbindung mit einer „Kaltwasserzirkulationspumpe“ weiter gegeben. Die Nutzung alternativer Energie mit Solarenergie und Wärmepumpen erfolgt wie schon beschrieben [5] in Zukunft auch über Zirkulationswärmepumpen.

Die Chance den Trend zur dezentralen Trinkwassererwärmung zu stoppen und die zentrale Trinkwassererwärmung wieder zurück ins Zentrum zu rücken ist, für neue Objekte ebenso wie für die Sanierung älterer Objekte, mithilfe des Sytems Zeeh und der neuen Auslegesoftware dazu, erstmalig gegeben.

Als Berechnungsgrundlage für die Auslegung neuer Trinkwassererwärmungsanlagen gilt sowohl für Rohrleitungen als auch für die Zirkulation die neue DIN 1988 Teil 300.

Ringleitungen und Maschen sind eine verblüffend einfache Lösung für ein scheinbar unlösbares Problem in der Trinkwasserinstallation

In Großanlagen hat die aus hygienischen Gründen notwendige Einhaltung von 60 °C für das gesamte Warmwasser-Rohrnetz eine zunehmende Bedeutung, auch im Hinblick auf den hierdurch erhöhten Zirkulationswärmebedarf.

Eine Ursache für besonders hohe Zirkulationswärmeverluste liegt im, zwar nicht notwendigen, aber aus Sicherheitsgründen oft gewählten Dauerbetrieb von 24 Stunden.

In Seniorenheimen, Pflegeheimen usw. werden neuerdings aus hygienischen Gründen Systeme eingesetzt, bei denen die Warmwasserzirkulation an allen Zapfstellen der Anlage an Wandscheiben vorbeigeführt wird. Auch dies ist mit einer wesentlichen Erhöhung des Bereitschaftswärmebedarfs verbunden [4].

Neues zur Trinkwasserzirkulation in Klein- und Großanlagen

Für Kleinanlagen in Mehrfamilienhäusern ist, anders als beim Ein- und Zweifamilienhaus, die Trinkwasserzirkulation aus Komfortgründen über 16 Stunden zwar nicht vorgeschrieben, aber zur Einhaltung der Temperaturpräsens innerhalb von 30 Sekunden nach DIN 1988 Teil 200 doch erforderlich.

Die Mieter fordern, abgesichert durch juristische Gutachten, dass spätestens 15 Sekunden nach dem Öffnen der Entnahmestelle die erforderliche Warmwassertemperatur erreicht ist.

Um diesen Komfort zu sichern und jedes Hygienerisiko ausschließen zu können, ist in der Kleinanlage nach sehr wohl eine Zirkulation der Ringleitung bei 50 °C in Kleinanlagen und 60 °C in Großanlagen, mithilfe einer Zirkulationspumpe vorgesehen.

Die Auslegung des Zirkulationssystems und der Pumpe erfolgt nach einem in DIN 1988 Teil 300 beschriebenen Verfahren (einer Weiterentwicklung des differenzierten Verfahrens nach DVGW W 553) mit der Folge, dass durch Nutzung des so genannten Beimischpotenzials die Zirkulationsvolumenströme und die Druckverluste kleiner werden als nach DVGW 553.

Das Ergebnis dieser Auslegung führt zu Zirkulationspumpen mit erstaunlich geringer Leistung von ca. 10 W, die genau auf den Druckverlust des Rohsystems und der Regulierventile sowie der vorgebauten Rückschlagklappe ausgelegt sind.

Bestimmungsgemäß kommt die zusätzliche Zirkulation bei jeder größeren Zapfung zum Erliegen und stagniert für die Zeit der Zapfung, weil das Rückschlagventil vor der Pumpe infolge der abfließenden Entnahmemenge geschlossen wird.

Das ist zwar wegen der „seltenen Entnahmen“ in Anlagen mit 60 °C Trinkwassertemperatur kein großes Problem, aber in Anlagen mit Dauerverbrauchern müssten diese, um Stillstände über 15 Minuten zu vermeiden, bei der Auslegung der Zirkulationspumpe doch schon berücksichtigt werden.

Nach telefonischer Auskunft von Prof. Dr.-Ing. Franz Peter Schmickler von der FH Münster liegen dazu aber noch keine Untersuchungsergebnisse vor.

Wer jedes Risiko vermeiden will, der setzt für die gesamte Trinkwasserinstallation das System Zeeh mit zirkulierender Ringleitung, mit Kaltwasserringleitung und Geysir Multifunktionsspeichern und der Trinkwassererwärmung nach dem Durchflusssystem ein.

Fazit

Mit dem neuen Berechnungsprogramm zu Ringleitungen und Maschen nach System Zeeh können Kleinanlagen, Großanlagen und Ein- und Zweifamilienhäuser mit hohem Wasseraustausch für Wohnungen und Seniorenheime ausgelegt werden.

Die Einhaltung der in der VDI-Richtlinie 6023 geforderten Austauschquote, innerhalb von 72 Stunden, maximal einer Woche ist bei Ringleitungen und Maschen gesichert. Wer bei der zentralen Warmwasserbereitung besonders im Wohnungsbau ein Risiko vermeiden will, der setzt für die gesamte Trinkwasserinstallation das System Zeeh mit Ringleitungen und Maschen ein.

 

¹⁾ Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (Trinkwasserverordnung – TrinkwV 2001), Ausfertigungsdatum: 21.05.2001: 1. Abschnitt „Allgemeine Vorschriften“ § 3 Begriffsbestimmungen, 3. Unterpunkt.

 

 

Literatur:

[1] Firma Joachim ZEEH, Heiztechnik und Behälterbau, Dorfbachweg 12, 08324 Bockau, www.zeeh-speicher.de

[2] VDI-Bericht Nr. 2043 zum Vortrag „Vermaschte Netze in der Trinkwasserhausinstallation“ – Prof. Dr. Detlef Orth, Institut für technische Gebäudeausrüstung, Fachhochschule Köln, Co Autor, Robert Kremer. Tage der Gebäudetechnik 28.und 29. Mai 2008 in Dortmund

[3] VDI-Richtlinie 6023, Hygiene in Trinkwasserinstallationen, Anforderungen an Planung, Ausführung, Betrieb und Instandhaltung.

[4] Kremer, R.: PV- Anlagen, Ringleitungen mit Zirkulation und Zirkulationswärmepumpe – Teil 1. HLH Bd. 66 (2015) Nr. 2, S. 102-106.

[5] Kremer, R.: PV- Anlagen, Ringleitungen mit Zirkulation und Zirkulationswärmepumpe – Teil 2. HLH Bd. 66 (2015) Nr. 3, S. 54-57.

[6] Prof. Dr.-Ing. Franz Peter Schmickler, Fachhochschule Münster, Fachbereich Energie, Gebäue, Umwelt, 15.8.2012 in Sanitär, Heizung Klima Folie 20 zum Bedarf und Folie 62 zum Beimischverfahren zur Zirkulation und einem Bild zur Zirk.+ Zirkulationspumpe.

[7] DVGW- Arbeitsblatt W 551, April 2004, technische Maßnahmen zur Vermeidung des Legionellenwachstums; Planung, Errichtung, Betrieb und Sanierung von Trinkwasserinstallationen.

[8] Kremer, R.: Mehrfamilienhäuser im Sinne der Trinkwasserverordnung planen. HLH Bd. 64 (2013) Nr. 3, S. 67-74.

[9] Trinkwasser- Rohrnetzberechnung mit EDV- Unterstützung von Volker Merdian 2006.