Das DVGW-Arbeitsblatt W 551 gilt als maßgebliches Regelwerk für die Temperaturanforderungen in Warmwasserinstallationen und schreibt für zentrale Systeme eine Mindesttemperatur von 60 °C am Austritt aus dem Trinkwassererwärmer und 55 °C am Zirkulationsrücklauf vor. Gleichzeitig ist durch den hydraulischen Abgleich über entsprechende Zirkulationsregulierventile sicherzustellen, dass alle Stränge einer Warmwasserinstallation unabhängig von der Entfernung zum Trinkwassererwärmer und unabhängig von den jeweiligen Temperaturverlusten der einzelnen Steigstränge ausreichend versorgt werden (Bild A).
Grundsätzlich haben sich in der Praxis thermostatische Zirkulationsregulierventile als Komponente bewährt, wenn sie beim Einbau richtig eingestellt werden und die Zirkulationspumpe den notwendigen Volumenstrom liefert. Zahlreiche Untersuchungen der letzten zehn Jahre zeigen allerdings, dass der mangelhafte hydraulische Abgleich die häufigste Ursache für unzulässiges Legionellenwachstum in zentralen Systemen ist. Verantwortlich dafür sind überwiegend langsame Veränderungen im thermohydraulischen Gesamtsystem, die zur Unterversorgung einzelner, meistens vom Trinkwassererwärmer am weitesten entfernter Stränge führen:
Da die in der VDI 3810 Blatt 2/VDI 6023 Blatt 3 für thermostatische Zirkulationsregulierventile vorgeschriebenen halbjährlichen Inspektionen praktisch kaum durchgeführt werden, werden die Mängel nicht direkt, sondern erst durch die Folgewirkung in Form erhöhten Legionellenwachstums bei entsprechenden Untersuchungen erkannt.
Digitales Upgrade als Lösung
Mit neuartigen, elektronischen und kabellos zu installierenden Antrieben lässt sich dieses Problem beheben und ein dauerhaft sicherer hydraulischer Abgleich durch permanente Kontrolle sicherstellen. Die permanente Kontrolle erfolgt dabei über intelligente und zentral gesteuerte Dashboards, welche bei einigen Messdienstleistern und Anbietern von Energiemanagementsystemen bereits heute fester Bestandteil des Portfolios sind.
Nachfolgend werden als Beispiel Ergebnisse einer Umrüstung von thermostatisch auf mit Antrieben der Firma BlueLeaf Technology (ein Unternehmen der Solvis Gruppe) elektronisch regelnde Zirkulationsventile dargestellt. Die Betrachtung umfasst acht Warmwasserstränge in einem Mehrfamilienhaus. Eine Voranalyse der Warmwasser-Solltemperaturen ergab ein Bild mit hohem Schwingungsgrad und großen Temperaturunterschieden.
Zwischen dem kältesten und dem wärmsten Strang lag zwischenzeitlich eine Spreizung von 9 K an den eingebauten thermostatischen Zirkulationsregulierventilen. Eine Unterschreitung der für die Hygiene vorgeschriebenen 55 °C wurde dabei regelmäßig gemessen (Bild B). Daraus resultieren zwei Problemfelder: Einerseits ist in dem nicht abgeglichenen System die Trinkwasserhygiene maßgeblich gefährdet, andererseits ist die gewünschte Energieeffizienz nicht gegeben.
Nach einem Upgrade mit den elektronischen Antrieben BLTzirk ergab sich ein weitaus verbessertes Bild des Systems. Die Temperaturspreizung reduzierte sich auf ca. 4 K (Bild C). Zu den daraus resultierenden Vorteilen gehören einerseits die automatische Erfüllung der Nachweispflicht des Betreibers nach VDI 3810 Blatt 2/VDI 6023 Blatt 3 und andererseits eine dauerhafte und auswertbare Sicherstellung der hygienisch vorgeschriebenen Temperaturen.
Äquivalent zu den Temperaturen im System lassen sich in intelligenten Dashboards auch weitere Parameter wie der Öffnungsgrad (0 bis 100 %) der Ventile ersehen. Die Ventilpositionen können dabei auch auf Einzelfallbasis ausgewertet werden (Bild D).
Bild: BlueLeaf Technology
Automatische Überwachung und Alarmmeldungen
Jeder elektronische Antrieb verfügt über zwei Temperatursensoren zur Messung der Warmwassertemperatur und der Umgebungstemperatur. Im PI-Regler ist implementiert, dass alle fünf Minuten die Zirkulationswassertemperatur gemessen wird. Daraus wird anschließend ein Mittelwert über zwölf Messungen und 60 Minuten gebildet. Bei Abweichungen erfolgt die Anpassung der Ventilposition, die Daten werden ebenfalls vom integrierten Funkmodul des Ventilantriebs per LoRaWAN an das Gateway übermittelt und im Dashboard dargestellt.
Liegt der Mittelwert mehr als 0,5 K über dem Sollwert, schließt das Ventil entsprechend der Abweichung um einige Prozentschritte, z. B. von 80 auf 75 %. Bei Unterschreitung des Sollwertes öffnet das Ventil entsprechend. Gleichzeitig ist der Status aller Ventile in einer Übersichtsampel sichtbar. Dabei bedeuten:
> +2/–0 K ab.
> +/–5 K ab.
Parallel werden bei Abweichungen (Status gelb und rot) automatisch Alarmmeldungen generiert und an die eingetragenen Adressen der Verantwortlichen versandt.
Installation ohne Betriebsunterbrechung
Das kabellose Konzept mit Eigenstromversorgung über ein Peltier-Element (Energy-Harvesting-Technology) schafft die Voraussetzung für eine einfache und schnelle Installation. So kann bei den Zirkulationsventilen Multi-Therm von Kemper die bestehende thermostatische Regeleinheit ohne Wasserabsperrung „trocken“ mit einem Maulschlüssel SW 24 demontiert und in wenigen Minuten gegen den elektronischen Antrieb getauscht werden (Bild E). Die Montage des Gateways erfolgt mit zwei 3,5-mm-Schrauben. Für das Netzteil ist bauseits eine 230-V-Doppelsteckdose notwendig.
Der montierte Antrieb nimmt nach einmaliger Initialisierung durch einen Magnetstift den Funkbetrieb auf und verbindet sich mit dem Gateway zur Kommunikation. Die Datenübertragungsqualität per LoRaWAN kann im Vorfeld der Installation mit einem Feldtestgerät detailliert ermittelt werden.
Bild: BlueLeaf Technology
Offene Systemarchitektur und flexible Lösungsmöglichkeiten
Für die Immobilienwirtschaft wird, neben den hygienischen Aspekten, der Begriff ESG (Environmental, Social, Governance) immer relevanter. Die damit verbundenen Nachhaltigkeitskriterien, auch von Trinkwassersystemen, rücken dabei weiter in den Vordergrund. Daher wird es immer wichtiger, dass ebenfalls der Bereich Trinkwasserhydraulik über eine möglichst offene Systemarchitektur verfügt und dadurch kostengünstig und flexibel erweitert werden kann. Das Monitoring über die Gebäudeleittechnik ist schon heute gängige Praxis, wobei das Thema Trinkwasser bisher häufig außen vor war.
Der energieautarke und kabellose Antrieb ist als offene Lösung konzipiert und lässt sich über eine einfache Schnittstelle direkt mit Energiemanagementsystemen oder Gebäudeleittechniken koppeln (Bild F). Verfügen die übergeordneten Systeme nicht über ein integriertes LoRaWAN-Funkmodul, kann die Verbindung über ein entsprechendes LoRaWAN-Gateway hergestellt werden.
So offen wie die Systemarchitektur sind auch die damit verbundenen Lösungsmöglichkeiten. Sind schon Systeme mit LoRaWAN-Funkmodul im Gebäude oder Quartier vorhanden, bietet sich ein Kauf der elektronischen Antriebe oder der kompletten Zirkulationsregulierventile und die Integration/Erweiterung der vorhandenen Software an. Ist keine LoRaWAN-Infrastruktur vorhanden, lässt sich die Hardware in Form von „Infrastructure as a Service“ (IaaS) sowie die Software und Betriebsführung als „Software as a Service“ (SaaS) nutzen.
Anwendungsfälle und Vorgehensweise der jeweiligen Akteure
Für die Installation kommen folgende Gewerke in Betracht: SHK-Fachhandwerk, Elektrohandwerk sowie das Facilitymanagement. Mittlerweile sind neben dem elektronischen Antrieb auch komplette Zirkulationsregulierventile mit Ventilunterteil verfügbar. Die Überwachung der Anlage inklusive der Fehlerbehebung geschieht online. Dazu ist ein entsprechender Servicevertrag mit dem Hersteller notwendig, in dem die Verantwortlichkeiten für den Betrieb geregelt sind. Die Abnahme findet ebenfalls online statt.
In der Planungsphase gilt es, einen guten Platz für das Gateway zu finden, bevorzugt einen möglichst sicheren Raum mit Verbindungsmöglichkeit für die Außenantenne. Drei beispielhafte Anwendungsfälle in klassischen Mehrfamilienhäusern erläutern die typische Vorgehensweise und Rollenverteilung der jeweiligen Akteure:
Fall 1: Der Betreiber eines Mehrfamilienhauses möchte die Überwachung des hydraulischen Abgleichs der Warmwasserzirkulation zur Legionellenprävention digitalisieren.
Fall 2: Der Betreiber einer Immobilie mit zentraler Trinkwassererwärmung möchte die gesamte Betriebsführung der Wärmeversorgung energetisch und EnSimiMaV-konform optimieren.
Fall 3: Der Betreiber plant den Neubau oder eine Komplettsanierung mit einer zentralen Warmwasserversorgung einschließlich GLT und integriertem LoRaWAN-Modul und hat eine eigene Abteilung für die Betriebsführung:
Auf diese Weise lässt sich eine Einbindung von Bestandsimmobilien in eine bestehende oder neu aufgesetzte Gebäudeleittechnik implementieren. Die auszutauschenden Datenpakete enthalten Informationen über:
Bild: BlueLeaf Technology
Weshalb LoRaWAN?
Durch die Nutzung des LoRaWAN-Funkstandards lassen sich nicht nur einzelne Gebäude, sondern sogar ganze Quartiere über ein Gateway steuern. Die darüber zur Verfügung gestellten Daten tragen maßgeblich zur Sicherstellung des hydraulischen Abgleichs und damit auch zur Hygiene in Trinkwasser-Installationen bei. Weiterhin können Fehlfunktionen im System schnell erkannt und ohne weitreichenden Komfortverlust bei den Nutzern abgestellt werden.
Kommt es bei der Gebäudedurchdringung zu Problemen, kann dies beispielsweise durch ein zweites Gateway gelöst werden. Die Reichweite von LoRaWAN im Freien beträgt ca. 5 km in bebauten Gebieten und bis zu 20 km in ländlichen Gebieten. Die Reichweite für einen ausreichenden Empfang innerhalb von Gebäuden ist deutlich geringer.
Der Vorteil von LoRaWAN liegt vor allem darin, dass es wie alle LPWAN-Technologien nur niedrige Frequenzbereiche nutzt, die grundsätzlich eine sehr gute Gebäudedurchdringung ermöglichen. Sie sind deshalb für Bereiche in der Energie- und Wasserwirtschaft, bei denen u. a. aus Kellern und Schächten heraus gefunkt wird, optimal geeignet. Kurzwellige Funktechnologien wie etwa die Mobilfunktechnologien 5G und 4G (LTE) haben dagegen eine deutlich geringere Reichweite und schlechtere Gebäudedurchdringung.
Im Zielkonflikt zwischen Hygiene und Energieeffizienz
Energieeffizienzhinweise sind im aktuellen DVGW-Arbeitsblatt W 551 nicht enthalten. Dies sollte in der nun anstehenden Überarbeitung des Arbeitsblattes unbedingt geändert werden. Aus Gemeinwohlsicht sollte eine integrale Gesamtbetrachtung von Hygiene und Energieeffizienz erreicht werden. Diese ist wichtig für den dringend notwendigen Klimaschutz und die Effizienz aller modernen Technologien wie Solaranlagen, Wärmenetze, Wärmepumpen und auch Abgaskondensationstechnik. Als Grundlage kann dafür das Positionspapier führender Experten und der Deutschen Gesellschaft für Krankenhaushygiene (DGKH) dienen (siehe Infokasten).
Ziel muss sein, optimale Lösungen im Sinne von Gesundheit, Hygiene und einem möglichst sparsamen Umgang mit wertvoller Energie zu ermöglichen. Die Basis dafür bilden aktuelle technische Entwicklungen und marktverfügbare Produkte sowie neueste wissenschaftliche Ergebnisse von Forschungsprojekten und Feldstudien.
Für das Konzept des elektronischen Zirkulationsregulierventils mit LoRaWAN-Funkmodul und Energy-Harvesting-Technology wurde das Europapatent EP 3783269 erteilt. Die der Entwicklung zugrunde liegenden Vorhaben (Trans2NT-TWW und PVTsolutions) wurden mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) unter den Förderkennzeichen 03EN1027D und 03ETW011C gefördert. Die Autoren danken für die Unterstützung und übernehmen die Verantwortung für den Inhalt der Veröffentlichung.
Bild: BlueLeaf Technology
Bild: BlueLeaf Technology
Bild: BlueLeaf Technology
DGKH-Stellungnahme zu Legionellosen und Energiesparmaßnahmen
Die Deutsche Gesellschaft für Krankenhaushygiene (DGKH) hat mit weiteren Hygieneinstituten und -fachgesellschaften Stellung zum Thema „Legionellosen und Energiesparmaßnahmen“ bezogen. In ihrem Positionspapier vom Februar 2023 warnen sie vor falschen Energiesparmaßnahmen im Kalt- und Warmwasserbereich von Trinkwasser-Installationen und geben Empfehlungen zu möglichen Energiesparmaßnahmen, die mit der Legionellenprävention im Einklang stehen.
Zur Warmwasserzirkulation finden sich in der Stellungnahme folgende Aussagen:
„Im Ergebnis sollte eine Betriebsweise eingestellt werden, die eine Unterschreitung der Temperatur in allen Zirkulationsbereichen von im Mittel 55 °C vermeidet. Im Mittel heißt, dass kurzzeitige temporäre Über- und Unterschreitungen von 2 bis auch 5 K unter der Voraussetzung einer aktiven Zirkulation dabei tolerierbar sind.
[…]
Zwingende technische Voraussetzung für weitergehende betriebsseitige Energiesparmaßnahmen ist eine einwandfreie Installation, d. h. es dürfen insbesondere weder Tot- oder stagnierende Leitungen noch Strangentlüfter oder unzulässige technische Einrichtungen vorhanden sein.
Unter der zusätzlichen trinkwasserhygienischen Voraussetzung, dass in der letzten maximal drei Monate zurückliegenden Untersuchung auf Legionellen nach Trinkwasserverordnung kein Nachweis von Legionellen in den Proben am Ausgang des Trinkwassererwärmers und im Zirkulationsrücklauf sowie keine Überschreitung des technischen Maßnahmenwertes von 100 KBE/100 ml [Anm. d. Red.: Mittlerweile ist gemäß TrinkwV 2023 bereits das Erreichen des technischen Maßnahmenwertes ausschlaggebend.] in den peripheren Proben vorlagen, sind einzeln oder in Kombination folgende weitergehende betriebsseitige Energiesparmaßnahmen möglich. Dies gilt zusätzlich unter der Bedingung, dass damit nachgewiesene wirksame Bestandteile des Maßnahmenplanes aus der Behebung einer vorangegangenen, auch länger zurückliegenden Legionellenkontamination im Objekt nicht unterlaufen werden.
[…]
Sind im Zirkulationssystem sogenannte thermo-elektrische Zirkulationsventile eingebaut und auf die zentrale Gebäudeleittechnik aufgeschaltet, so gibt es bei kontinuierlicher Messwertüberwachung (mindestens 1/4 h Mittelwerte) eine weitere Option zur Energieeinsparung, da der kontinuierliche Nachweis des korrekten hydraulischen Abgleichs vorgelegt und damit auch archiviert werden kann. In diesen Objekten kann die Solltemperatur am Austritt des Trinkwassererwärmers auf 55 °C und ≥ 50 °C in der Zirkulation (z. B. ≥ 52 °C an den Zirkulationsventilen und ≥ 50 °C am Eintritt der Zirkulation in den Trinkwassererwärmer) reduziert werden. Bei dieser Temperaturreduktion ist das zuständige Gesundheitsamt zu informieren und ein fachlich kompetenter Verantwortlicher vom Betreiber der Trinkwasserinstallation zu benennen.
[…]
Die Wirksamkeit der Maßnahme(n) sollte durch folgende Kontrollen und die schriftliche Dokumentation der Ergebnisse nachgewiesen werden:
Quelle und Download unter: www.bit.ly/DGKH-Stellungnahme
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