TGA Sanitätechnik

TGA Ausgabe 05-2017
Alternative zu Ring- und T-Stück-Installationen

Damit kaltes Wasser auch kalt bleibt


1 Versuchsstand zur Ermittlung von Temperaturverläufen in Trinkwasserinstallationen – hier mit einer Ringinstallation für Kaltwasser und einer T-Stück-Installation für Warmwasser.

1  Versuchsstand zur Ermittlung von Temperaturverläufen in Trinkwasserinstallationen – hier mit einer Ringinstallation für Kaltwasser und einer T-Stück-Installation für Warmwasser.

Die Warmwasserzirkulation sollte möglichst nahe an die Entnahmestellen herangeführt werden, um Leitungsabschnitte mit dem hygienekritischen Temperaturbereich unterhalb 55 °C zu minimieren. Dadurch kann es aber zu einer unzulässigen Erwärmung auf der Kaltwasserseite kommen. Eine Bachelor-Arbeit an der FH Münster hat die Effekte untersucht und schlägt eine alternative Installationsweise vor.

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Die Nachbildungen zweier in der Praxis üblicher Anschlussvarianten für Dusch- und Wannenarmaturen haben gezeigt, dass bei Stillstand in den Kaltwasserleitungen unzulässige Temperaturen oberhalb von 25 °C dauerhaft auftreten können.

Um Abhilfe zu schaffen, wurde die Warmwasserwandscheibe über eine kurze Stichleitung von oben an die Warmwasserleitung mit Zirkulation angeschlossen.

Messungen erbrachten den Nachweis, dass sich nach dem Zapfvorgang in der Stichleitung eine hinreichend stabile Temperaturschichtung einstellt. Der Wärmetransport zur Kaltwasserwandscheibe wurde so effektiv verhindert.

Drei einfache Regeln gibt es, die sich wie ein roter Faden durch das Trinkwasserregelwerk ziehen: Wasser muss fließen bzw. Stagnationen sind zu vermeiden, kaltes Wasser muss kalt bleiben und heißes Wasser muss heiß bleiben. Diese Regeln sollen vor allem das Bakterienwachstum verhindern.

Um Stagnationen weitestgehend zu vermeiden – was sich bei T-Stück-Anbindungen kaum erreichen lässt – werden immer häufiger Ring- bzw. Reiheninstallationen erstellt, bei denen Doppelwandscheiben zum Einsatz kommen. Bei einer Reiheninstallation ist der am häufigsten benutzte Verbraucher am Ende des Stranges zu installieren. Wird er genutzt, so werden alle vorgeschalteten Doppelwandscheiben durchspült. In einer Ringinstallation fließt immer Wasser durch alle Doppelwandscheiben, sobald eine beliebige Zapfstelle geöffnet wird. Die Bedingung „Wasser muss fließen – Stagnationen sind zu vermeiden“ wird also bei Nutzeranwesenheit gut erfüllt.

Die weiteren Forderungen, dass Kaltwasser kalt und Warmwasser heiß bleiben soll, bedeuten in konkreten Temperaturen ausgedrückt, dass die Warmwassertemperatur nicht unter 55 °C fallen darf und dass die Speichertemperatur mindestens 60 °C betragen sollte. Umgekehrt sollte die Kaltwassertemperatur maximal 25 °C nicht überschreiten.

Kaltwassertemperaturen überschreiten häufig ihr Limit

Die Warmwasserzirkulation wird heute oftmals direkt durch die Doppelwandscheiben geführt, um die Wege zu den Entnahmestellen zu minimieren. In jüngster Vergangenheit sind bei dieser Installationspraxis jedoch Probleme mit der Erwärmung von Duscharmaturen aufgetreten. Die Zirkulation mit Temperaturen von 55 bis 60 °C gibt über die Hahnverlängerungen Wärme an die Duscharmatur ab, die sich dauerhaft erwärmt. Über die Armatur erwärmt sich dann auch das kalte Wasser in der Wandscheibe, da sich dieses nur dann bewegt, wenn irgendwo in der Ring- oder Reiheninstallation gezapft wird.

Die Bedingung „Kaltes Wasser muss kalt bleiben“ wird hier nicht mehr erfüllt. Ein Fachbeitrag von Harald Köhler, Sachverständiger für TGA und Trinkwasserhygiene, beschrieb dieses Phänomen bereits (Schleifen sind nicht immer schick, SBZ 13/2014, www.bit.ly/tga1079 ).

Der Sanitärtechnikhersteller TECE ging daraufhin mit der FH Münster eine Kooperation ein, um die Phänomene im Rahmen einer Bachelor-Arbeit genauer zu untersuchen und Lösungsvorschläge zu erarbeiten. Die hier vorgestellte Arbeit untersuchte das Temperaturverhalten an der Entnahmestelle einer Trinkwasser-Installation.

Aufbau des Prüfstands und Versuchsablauf

Eine typische Vorwandinstallation für die Dusche diente als Versuchsstand. Die Messungen erfolgten mit gängigen Aufputzarmaturen verschiedener Hersteller. Die Verrohrung wurde nach den Anforderungen der TRWI durchgeführt und die Dämmung der Leitungen erfolgte nach EnEV bzw. nach DIN EN 1988-200. Zudem wurden die Wandscheiben isoliert.

Die Versuche umfassten die Messung von Temperaturen an mehreren Messstellen bei einer Ringinstallation und bei einer T-Stück-Installation mit verschiedenen Stichleitungslängen. Abb. 1 zeigt die T-Stück-Installation mit einer einfachen Wandscheibe links für die Stichleitung von der Warmwasserleitung mit Zirkulation und einer Doppelwandscheibe rechts für die Kaltwasserinstallation. In diesem Fachbericht werden die gemessenen Wassertemperaturen in den Wandscheiben, die Innentemperatur der Vorwand und die Temperatur des Prüfraums über die Dauer der Versuche beschrieben und interpretiert.

Vor den Messungen erfolgte stets das Aufheizen des Warmwasserspeichers auf Temperaturen größer oder gleich 60 °C und das Durchspülen der Kaltwasserleitung. Der Zirkulationskreislauf lag während aller Versuche immer über den geforderten 55 °C. Die Versuche starten mit einer Duschsimulation Abb. 2 über 6 min und einer Zapftemperatur von 40 °C bei vollem Durchfluss. Direkt nach dem Schließen der Armatur beginnen die Temperaturmessungen.

Messwerte für die T-Stück-Installation

Der schematische Versuchsaufbau für Messungen mit T-Stück-Installationen ist in Abb. 3 dargestellt. Der Warmwasseranschluss erfolgte über eine Einfachwandscheibe und eine 1 m lange Stichleitung an eine unten liegende Warmwasserleitung mit Zirkulation. Die Messungen erstreckten sich über 7 h. Die Temperaturverläufe in der Wandscheibe für Kaltwasser (t1) und Warmwasser (t2) sind in Abb. 4 eingetragen. Ergänzend ist noch die Grenztemperatur von 25 °C eingetragen, die als Maximaltemperatur für Kaltwasser vorgeschrieben ist.

Während des Versuchs sank die Warmwassertemperatur in der Wandscheibe stetig auf 30,8 °C. Sie kühlte sich jedoch nicht auf Raumtemperatur ab, da sie über die Stichleitung mit Warmwasserleitung mit Zirkulation verbunden war. Es ist zu vermuten, dass sich in der Stichleitung durch thermischen Auftrieb ein Bereich mit einer Temperatur bildet, der dem Bakterienwachstum förderlich ist.

Die Temperatur der Kaltwasserwandscheibe (Ringleitung) betrug am Anfang des Versuchs 17,5 °C und stieg nach etwa einer Stunde auf ein Maximum von 26,6 °C an. Nach der Versuchsdauer von 7 h erreichte die Kaltwasserleitung 25,2 °C und war damit immer noch außerhalb des zulässigen Bereichs nach VDI/DVGW 6023 (25 °C).

Als Fazit zur T-Stück Installation bleibt festzuhalten, dass das Anbinden der Warmwasserzufuhr über eine Stichleitung von unten nicht automatisch den gewünschten Effekt erbringt, nämlich dass die Kaltwassertemperatur sicher unter den geforderten 25 °C bleibt. Zudem können sich bei Stillstandzeiten in der Stichleitung Temperaturzonen bilden, die ein Bakterienwachstum fördern.

Warmwasserseitiges Durchschleifen verschlimmert die Situation

Einen weiteren Versuchsaufbau zeigt Abb. 5 und in schematischer Darstellung Abb. 6 Das Durchschleifen der Warmwasserzirkulation durch eine Doppelwandscheibe zeigte erwartungsgemäß noch ungünstigere Temperaturverhältnisse.

Die Temperaturverläufe während einer 5-stündigen Messreihe sind in Abb. 7 dargestellt. Versuchsstandbedingt sank die Temperatur t2 in der Doppelwandscheibe des Warmwasseranschlusses von 60,2 auf 56,4 °C, da der Speicher nicht nachgeheizt wurde. Sie befand sich aber während der Versuchsdauer über der normativ geforderten Temperatur für die Zirkulation. Ganz anders stellten sich die Temperaturverhältnisse in der Doppelwandscheibe des Kaltwasseranschlusses dar. Hier stieg die Temperatur nach dem simulierten Duschvorgang von 17,5 °C innerhalb von 2 h auf 32,5 °C und blieb ungefähr konstant.

Die Oberflächentemperatur der Armatur betrug am Ende der Messung bis zu 40 °C. Abb. 8 zeigt dazu eine Infrarotaufnahme. Der Armaturenkörper war hauptsächlich für den Wärmestrom an die Kaltwasserwandscheibe verantwortlich. Die Wärmeleitung über die Metalltraverse, auf der die beiden Wandscheiben montiert waren, sowie die Erwärmung durch die erhöhte Lufttemperatur innerhalb der Vorwand dürfen aber auch nicht vernachlässigt werden.

Als Fazit dieser Installationsvariante bleibt festzuhalten, dass die generelle Anforderung an Trinkwasser-Installationen, nach der Kaltwasser kalt und Warmwasser warm bleiben soll, nicht erreicht wird. Eine unzulässige Erwärmung des Kaltwassers mit dieser Art der Installation ist somit auch in der Praxis zu erwarten.

Eine dritte (neue) Variante schafft Abhilfe

Wie bereits erwähnt, soll der Zirkulation so dicht wie möglich an die Entnahmestelle herangeführt werden. Die Zirkulation durch Doppelwandscheiben für die Warmwasseranschlüsse zu führen ist aber bei Dusch- und Wannenarmaturen keine Lösung, da sich das kalte Wasser über die Armaturen unzulässig erwärmt. Auf der anderen Seite birgt die Anbindung von unten über eine Stichleitung die Gefahr, dass sich in der Leitung eine Zone bildet, in der die Wassertemperatur über lange Zeiträume in einem für das Bakterienwachstum förderlichen Bereich liegt. Der Effekt wird durch den in der Stichleitung entstehenden thermischen Aufrieb noch zusätzlich unterstützt. Die Fragestellung lautet also, wie sich die Warmwasserzirkulation möglichst nah an die Entnahmestelle heranführen lässt, ohne dass sich das Kaltwasser unzulässig erwärmt.

Mit einer weiteren Installationsvariante sollte der Nachweis erbracht werden, dass sich die Erwärmung des Kaltwassers über 25 °C auch bei geringem Abstand zwischen Warmwasserleitung mit Zirkulation und Entnahmestelle verhindern lässt. Hierfür wurde die Zirkulationsleitung räumlich knapp über der Entnahmestelle geführt. Eine kurze Stichleitung speist die Wandscheibe von oben mit Warmwasser. Die Idee ist, dass sich nach dem Ende des Zapfvorgangs in der sehr kurzen Stichleitung eine möglichst stabile Temperaturschichtung des Wassers ausbildet. Da Wasser ein schlechter Wärmeleiter ist, sollte somit nur ein geringer Wärmestrom die Kaltwasserwandscheibe erreichen.

Für die Stichleitung wurde ein Teceflex-Vollkunststoffrohr verwendet, weil ein Versuch ergab, dass Metallrohre wegen ihrer guten Wärmeleitfähigkeit ungeeignet sind. Bei der Wahl des Abstands zwischen Zirkulationsleitung und Entnahmestelle diente die erlaubte Länge von Anschlussstücken für Sicherheitsventile und Ablaufsicherungen nach DIN 1988-100 zur Orientierung. Unter Kapitel 7 (Stagnation) wird dort eine Stichleitungslänge von maximal 10 × DN erlaubt. Abb. 9 zeigt den Aufbau des Versuchsstands. Die Messungen konnten nachweisen, dass die Kaltwassertemperatur bei diesem Aufbau unter 25 °C bleibt.

Der Wärmetransport vom zirkulierenden Warmwasser zur Kaltwasserwandscheibe wurde so effektiv verhindert. Somit konnten die Anforderungen an die Trinkwasser-Installation erfüllt werden Abb. 10. Diese Installationsart bedeutet für den Installateur einen gewissen Mehraufwand, dafür erleichtert sie die Einhaltung der Vorschriften zur Trinkwasserhygiene.

Inhaltsübersicht

  1. Teil: Damit kaltes Wasser auch kalt bleibt
  2. Teil: Im Kontext
  3. Teil: Rohrisolation in der Vorwand
  4. Teil: Kontakt zum Anbieter
  • 2  Die Versuche starten mit der Simulation eines 6-minütigen Duschvorgangs, bei dem die Wassertemperatur über den Handmischer auf 40 °C eingestellt wird.

  • 3  Schematische Darstellung der T-Stück-Installation am Prüfstand. Erfasst werden unter anderem die Temperaturen t 1 an der Doppelwandscheibe für Kaltwasser und t 2 an der Wandscheibe der Warmwasserleitung.

  • 4  Temperaturverlauf an den Wandscheiben der T-Stück-Installation nach Abschluss des Duschvorgangs. Nach einer knappen Stunde überschreitet die Temperatur in der Wandscheibe der Kaltwasserleitung die zulässige Grenztemperatur von 25 °C.

  • 5  Bei dieser Variante ist die Doppelwandscheibe gleich in die Warmwasserzirkulation integriert. Die Kaltwasserversorgung erfolgt wie oben in einer Ringinstallation.

  • 6  Schematische Darstellung der Installation mit Zirkulation über die Doppelwandscheibe. Hier stieg trotz Isolation im Versuch die Temperatur in der Vorwand aufgrund der Zirkulation spürbar an.

  • 7  Temperaturverlauf an den Doppelwandscheiben für die Kalt- und Warmwasserleitung nach dem Ende des Duschvorgangs. Die Warmwassertemperatur in der Zirkulation t 2 bleibt über 55 °C, während die Kaltwasserleitung deutlich zu warm wird.

  • 8  Thermografie der schwarz beschichteten Armatur während des Versuchs mit durchgeschleifter Zirkulation. An der Warmwasserseite werden über 40 °C Oberflächentemperatur erreicht.

  • 9  Bei dieser Installation verläuft die Zirkulationsleitung über den Anschlüssen. Eine kurze Stichleitung speist die Wandscheibe von oben mit Warmwasser, was zu günstigen Messergebnissen führt. Diese Installation ist für die Praxis zu empfehlen.

  • 10  Die Erkenntnisse aus den Versuchen wurden bereits in Produktlösungen übertragen. Die anschlussfertigen Hygieneboxen von Tece führen die Warmwasserleitung oberhalb der Warmwasserwandscheibe. Die gedämmte und montagefertige Hygienebox gibt es einzeln für den Warmwasseranschluss, als Montageeinheit mit Doppelwandscheibe für den Kaltwasseranschluss und als Sanitärmodul für das Teceprofil-Trockenbausystem. Zwei Thermografien zeigen etwa 45 min nach einem Zapfvorgang den Unterschied, links Installation mit Zirkulation durch die Doppelwandscheibe und rechts mit der Hygienebox.

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