Druckminderer als Lösung bei Temperaturschwankungen

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Unterschiedliche Druckverhältnisse entstehen beispielsweise, wenn an mehreren Entnahmestellen gleichzeitig Wasser entnommen wird. Temperaturschwankungen können besonders groß sein, wenn mehrere Zapfstellen an einer Leitung angeschlossen sind, denn je mehr Entnahmestellen gleichzeitig geöffnet werden, desto geringer ist der Fließdruck. Steht beispielsweise der zentrale Trinkwassererwärmer im Keller und wird die Badewanne im Erdgeschoss gefüllt, während jemand im Dachgeschoss duscht, kann der Wasserdruck an der Dusche sinken. Die Folge: Das Duschwasser ist plötzlich viel zu heiß. Es kann bei veralteten Armaturen sogar zu Verbrühungen kommen.

Nach den normativen Anforderungen der DIN EN 806 in Verbindung mit DIN 1988-200 sind Trinkwasser-Installationen allerdings so zu planen, dass übermäßige Fließgeschwindigkeiten, geringe Entnahmearmaturendurchflüsse oder stagnierendes Wasser vermieden werden und dabei gleichzeitig an allen Entnahmestellen die Gebrauchstauglichkeit unter Berücksichtigung des Druckes, der Entnahmearmaturendurchflüsse und der Wassertemperatur ermöglicht wird. Auch die Entstehung von Schall muss gering gehalten werden. Um eine Trinkwasser-Installation komfortabel nutzen zu können, muss sie daher mit einem auf die Anlage abgestimmten Wasserdruck betrieben werden. Zu hoher Wasserdruck kann an der Hausinstallation Schäden verursachen und ist zudem Ursache für „laute“ Installationen und unwirtschaftlichen Betrieb. Auch der Komfort leidet, wenn die Anlage mit ständig wechselnden Betriebsdrücken belastet wird (Bild 1).

So kommt es zu Temperaturschwankungen

Erfolgt während des Duschvorgangs in einer Verteilleitung eine zusätzliche Entnahme von Trinkwasser (kalt), sinkt aufgrund des erhöhten Druckverlustes der Fließdruck in der Verteilleitung und demzufolge auch am Anschluss der Mischarmatur, was wiederum einen geringeren Durchfluss zur Folge hat. Durch die geringeren Kaltwasseranteile und die nach wie vor gleich bleibenden Warmwasseranteile steigt die Mischtemperatur unter der Brause. Der umgekehrte Effekt stellt sich ein, wenn anstatt der zusätzlichen Kalt­wasser­entnahme eine zusätzliche Warmwasserentnahme stattfindet. Unter diesen Umständen sinkt die Mischtemperatur am Auslauf (Bild 2). Keine Temperaturschwankungen sind hingegen zu erwarten, wenn in den Verteilleitungen kalt und warm eine gleichzeitige zusätzliche Wasserentnahme stattfindet. Die geringeren Fließdrücke an den Anschlusspunkten vor der Mischarmatur haben dann jedoch einen geringeren Entnahmedurchfluss zur Folge.

Durch die Verwendung von Sparbrausen oder den Einsatz von Mengenbegrenzern im Auslauf einer Armatur verschärft sich die Situation deutlich. Ist die abfließende Menge im Auslauf geringer als die von der Armatur gelieferte Menge, entsteht im Brauseschlauch ein Rückstau, was wiederum dazu führt, dass das mit eventuell höherem Druck fließende Warmwasser den Weg des geringsten Widerstandes wählt und in die Kaltwasserinstallation drückt. Dieser Gegendruck hat dann zur Folge, dass der Fließdruck in der Kaltwasser-Anschlussleitung steigt und der Kaltwasserfluss merklich gebremst wird oder sogar gänzlich zum Erliegen kommt. Durch die geringen Kaltwasseranteile und die nach wie vor gleich bleibenden Warmwasseranteile steigt dann auch die Mischtemperatur am Auslauf signifikant an.

Wird die Installation für Trinkwasser (kalt) und (warm) mit dem gleichen Druck betrieben, kann es aufgrund der Volumenausdehnung im Trinkwasser (warm) während der Erwärmung zu einer Druckerhöhung auf der Warmwasserseite kommen.

Bild: A. Bürschgens

So halten Druckminderer Versorgungsdruck konstant

Druckminderer haben die Aufgabe, einen relativ hohen Versorgungsdruck auf einen gewünschten Druckwert herabzusetzen und ihn konstant zu halten. Sie schützen nicht nur nachgeschaltete Geräte, Armaturen und Installationen vor zu hohem Druck, sie reduzieren auch den Wasserverbrauch und minimieren Fließgeräusche.

Die Anordnung eines Druckminderers erfolgt im Normalfall zentral im Bereich des Hausanschlusses nach dem Feinfilter (Bild 3). Auf diese Weise wird die gesamte Trinkwasseranlage, also die Kalt- und Warmwasserleitungen, mit annähernd gleichem Druck betrieben. Diese Betriebsbedingung ist eine wichtige Voraussetzung für die einwandfreie Funktion von Entnahmearmaturen, wie Einhebelmischern und Thermostatbatterien. Würde ein Einhebelmischer mit sich deutlich unterscheidenden Drücken auf der Kalt- und Warmwasserseite versorgt, geht der Komfortbereich der Armatur verloren. Ist der Kaltwasserdruck zum Beispiel deutlich größer als der anliegende Warmwasserdruck, kann man an der Armatur kaum einen Mischwasserbereich einregeln; beim Schwenken des Hebels wechselt die Temperatur des ausfließenden Wassers direkt von „kalt“ auf „heiß“.

Eine zentrale Anordnung des Druckminderers direkt im Bereich des Hausanschlusses stellt annähernd gleiche Drücke auf der Kalt- und Warmwasserseite sicher. Allerdings nur unter der Voraussetzung, dass die Fließwege für das kalte und das warme Wasser in etwa gleich lang sind.

So kann es sein, dass das Kaltwasser für den Einhebelmischer am Waschtisch des Gäste-WCs im Erdgeschoss unmittelbar hinter dem Hausanschluss abgezweigt wird, das warme Wasser für diese Armatur aber erst ins Dachgeschoss fließt, dort beispielsweise in einer Dachheizzentrale erwärmt wird und dann den gesamten Fließweg zurück ins Erdgeschoss antreten muss. In solchen Fällen führt die zentrale Anordnung des Druckminderers zu unerwünschten unterschiedlichen Kalt- und Warmwasserdrücken im System. Bei einer solchen Anordnung der Warmwasserbereitung im Dachgeschoss sollte man beachten, dass zwar der Kaltwasserdruck zentral geregelt wird, die Zuleitung zum Trinkwassererwärmer jedoch vor dem Druckminderer abzweigt. Damit erreicht das Wasser ungemindert den Trinkwassererwärmer und wird dann unmittelbar vor diesem auf den gewünschten Druck reduziert. Dieser Einsatz von zwei zentralen/dezentralen Druckminderern hält dann auch bei stark unterschiedlichen Leitungswegen oder Druckverlusten die druckbedingten Komforteinbußen in Grenzen.

Bild: A. Bürschgens

Gefahren bei dezentraler Druckminderung

In Trinkwasser-Installationen mit ausschließlich dezentraler Druckminderung vor dem Trinkwassererwärmer werden die Kaltwasserleitungen ohne Druckminderung betrieben. Im Hinblick auf den manchmal nur bis zu einem Betriebsdruck von 6 bar geeigneten Trinkwassererwärmer ist der Druckminderer dann vor diesem zu finden. Die Folge sind unterschiedliche Drücke in der Kalt- und Warmwasserleitung.

Neben den beschriebenen Komforteinbußen besteht hier die Gefahr eines sogenannten Überströmens: In den Entnahmearmaturen (z. B. Zweigriffarmatur, Einhandmischer, Thermostat) mischen sich das kalte und das warme Wasser – hier allerdings mit unterschiedlichen Drücken. Das kann zur Folge haben, dass das Kaltwasser mit einem höheren Fließdruck über die Armatur in die Warmwasserleitung zurückdrückt. Diese Gefahr ist bei Mischbatterien mit absperrbarem Mischwasserauslauf besonders groß, kann aber auch bei anderen Armaturen nicht ausgeschlossen werden. Selbst wenn die Armaturen in ihren Anschlüssen mit Rückflussverhinderern ausgestattet werden, genügt schon ein undichter Verschluss und das Kaltwasser drückt in die Warmwasserleitung.

Der so zustande gekommene unerwünschte Druckanstieg im Warmwasser führt dann am Trinkwassererwärmer dazu, dass das Sicherheitsventil ständig (also auch außerhalb der Aufheizphasen) abtropfen lässt.

Wann kann es auch bei zentraler Druckminderung zu Überströmung kommen?

Ein solches Überströmen über Entnahmearmaturen kann jedoch auch stattfinden, wenn der Druckminderer zentral im Bereich des Hausanschlusses angeordnet ist. Nämlich dann, wenn der Hinterdruck des Druckminderers geringer ist als der Ansprechdruck des Sicherheitsventils am Trinkwassererwärmer. Heizt der Trinkwassererwärmer auf, steigt der Druck auf der Warmwasserseite an. Ist der warmwasserseitige Druck somit höher als der in der Kaltwasserleitung, drückt nun Warmwasser gegen die Fließrichtung in die Kaltwasserleitung zurück und erzeugt hier einen ungewollten Druckanstieg (Bild 3).

Bild: G06F Goetze KG Armaturen

Wann bzw. wozu sind Druckminderer also erforderlich?

·          wenn der Ruhedruck an den Entnahmestellen über 500 kPa (5 bar) steigt,

·          zur Begrenzung des Betriebsdruckes in den Verbrauchsleitungen, wenn der höchstmögliche Ruhedruck an beliebiger Stelle in der Trinkwasseranlage den maximal zulässigen Betriebsdruck überschreitet oder wenn Apparate und Einrichtungen angeschlossen werden, die nur einem geringeren Druck ausgesetzt werden dürfen,

·        wenn der Ruhedruck vor einem Sicherheitsventil 75 % seines Ansprechdruckes überschreiten kann.  

Druckminderer sind demnach immer so einzubauen, dass im Kaltwassersystem und im Warmwassersystem gleiche Druckverhältnisse herrschen.

Druckminderer nach Volumenstrom dimensionieren

Druckminderer dürfen niemals nach der Nennweite der Leitung ausgewählt werden, sondern müssen nach dem erforderlichen Durchfluss dimensioniert werden. Eine für den tatsächlich durchfließenden Volumenstrom zu groß ausgelegte Armatur muss unter Umständen mit einer für sie relativ kleinen Durchflussmenge arbeiten. Das hat zur Folge, dass das Ventil ständig nahezu im Schließbereich agiert. Schon eine geringe Wassermenge, die das Ventil passiert, erzeugt auf der Ausgangsseite einen ausreichenden Schließdruck. Unmittelbar nachdem der Druckminderer geschlossen ist, öffnet er aufgrund des Druckabfalls, der (bedingt durch die immer noch stattfindende Wasserentnahme) auf der Ausgangsseite erfolgt, wieder – der Druckminderer beginnt zu „pumpen“. Das kann zu Instabilitäten im Regelverhalten und schlimmstenfalls zu Ge­räusch­entwicklung und Beschädigungen durch Kavitation führen.

Während die Rohrleitungen neuer Trinkwasser-Installationen heute aus Gründen der Hygiene bedarfsangepasst dimensioniert werden, sind im Anlagenbestand häufig überdimensionierte Leitungen zu finden. Besonders bei der Nachrüstung oder beim Austausch von Druckminderern ist die Gefahr groß, dass die Auswahl des Druckminderers entsprechend der Nennweite der Wasserleitung geschieht. Auch für den Anlagenbestand ist es daher unerlässlich, anhand der versorgten Trinkwasserentnahmestellen des Gebäudes zumindest überschlägig den zu erwartenden Spitzenvolumenstrom zu ermitteln und die Armatur danach auszulegen (Bild 4).

Zugelassene Materialien in Trinkwasser-Installationen

Untersuchungen, die im Jahr 2013 durch das Umweltbundesamt veröffentlicht wurden, zeigen, dass Blei auch bei sehr niedrigen Aufnahmemengen toxisch wirkt. Es kann hierdurch zum Beispiel zu Beeinträchtigungen von Intelligenz- und Aufmerksamkeitsleistungen bei Kindern kommen.

Nach § 17 TrinkwV dürfen für die Neuerrichtung und auch für die Instandhaltung von Trinkwasser-Installationen nur Materialien und Werkstoffe eingesetzt werden, die ausdrücklich für Trinkwasser geeignet sind. Sie dürfen das Wasser nicht nachteilig verändern, den Geruch oder Geschmack des Wassers verändern oder Stoffe in vermeidbaren Konzentrationen ans Trinkwasser abgeben.

Damit beispielsweise ein potenziell vorhandener Bleigehalt im Trinkwasser möglichst niedrig ist, sollten aus Blei gefertigte Bestandteile in Hausinstallationen ersetzt werden, wenn dies wirtschaftlich und technisch machbar ist, insbesondere im Falle einer Instandsetzung oder Sanierung bestehender Installationen. Diese Bauteile sollten durch Materialien ersetzt werden, die die festgelegten Mindestanforderungen für Materialien einhalten, die mit Wasser in Berührung kommen. Im aktuellen Entwurf der EU-Richtlinie über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch ist zwar noch ein Grenzwert für Blei im Trinkwasser von 10 µm/l festgehalten, jedoch verbunden mit der dringenden Empfehlung, diesen Wert innerhalb der kommenden 15 Jahre auf 5 µm/l zu reduzieren.

Es empfiehlt sich daher, bei Instandhaltungsarbeiten bzw. beim Austausch von Bauteilen in einer Trinkwasser-Installation möglichst Bauteile aus Materialien zu verwenden, die vollständig ohne Blei als Legierungsbestandteil auskommen, zum Beispiel bleifreie Messing- und Rotgusslegierungen oder Edelstahl, da dies heute wirtschaftlich und technisch problemlos möglich ist.

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Fazit

Eine unzureichende Druckregelung in Trinkwasser-Installationen kann zu sich oftmals ändernden Fließdrücken führen. Solche Druckschwankungen bewirken vor der Entnahmearmatur eine häufige Änderung der Mischverhältnisse des Kalt- zu Warmwasseranteils – die Folge sind Temperaturschwankungen, die besonders beim Duschen empfindlich wahrgenommen werden. Druckminderer können hier für „geregelte“ Verhältnisse sorgen.

Gerade in solchen Fällen, wenn die tatsächlichen Spitzenvolumenströme nur nachträglich geschätzt werden können, kann es wichtig sein, einen Druckminderer zu verwenden, der zur Deckung von Bedarfsspitzen einen hohen Volumenstrom erlaubt, um die Anforderungen der DIN EN 806 Teil 2 zu erfüllen. Druckminderer mit einer geringen Regelträgheit (kleine Hysterese) ermöglichen zudem eine bessere Regelung bei Mischprozessen.

Bei der Instandsetzung von Trinkwasser-Installationen muss darauf geachtet werden, nur Bauteile aus Werkstoffen und Materialien zu verwenden, die trinkwasserhygienisch geeignet sind.

Dieser Artikel erschien zuerst in der Heftausgabe 01-2021 der SBZ unter dem Titel „Mischen „impossible“ von Arnd Bürschgens.

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