Hygieneprobleme in der Praxis

Unter hygienischen Gesichtspunkten und zur Vermeidung von Legionellen (Bild 1) sind Trinkwassererwärmer so klein wie möglich und so groß wie nötig auszulegen. Bisher wurde bei der Dimensionierung überwiegend im Wohnungsbau der Bedarfsdeckung Rechnung getragen, wobei diese Bedarfs­deckung über die Bedarfskennzahl (N-Zahl) auch im Regelungs- und Normungswerk verankert ist. So legt beispielsweise die DIN 4708 für eine Wannenfüllzeit von zehn Minuten Spitzenbedarfszahlen fest, die sich nach Untersuchungen im Rahmen einer Diplomarbeit an der Fachhochschule in Köln im Bereich von NL 4 bis NL 100 exakt mit dem Spitzendurchfluss nach DIN 1988 Teil 3 für Warmwasser-Rohrleitungen decken. Erst im Bereich unter NL 4 und über NL 100 kommt es zu Abweichungen, wobei die DIN 4708 höhere Spitzenbedarfe angibt als die DIN 1988 Teil 3. Auch für die Verteilung des maximalen Warmwasserbedarfs über die Bedarfsperiode sind in DIN 4708 exakte Bedarfs- und Prüfkurven festgelegt, die auf einer geschlossenen und überzeugenden Bedarfstheorie basieren. Der Vergleich des Spitzenbedarfs für den Wohnungsbau aus DIN 1988 Teil 3 für Rohrleitungen mit der zehn Minuten Spitze für die Prüfungen von Trinkwassererwärmern nach DIN 4708 führt zu der Erkenntnis, dass die wichtige Kenngröße Spitzenleistung l/10 Min. direkt aus dem Spitzendurchfluss nach DIN 1988 in l/s errechnet werden kann. Bei dieser Betrachtung wurde die abweichende Zapftemperatur der DIN 4708 mit 45 °C von der Betriebstemperatur der Rohrleitung nach DIN 1988 mit 60 °C berücksichtigt.

Einfluss der Personenzahl

In DIN 4708 sind 3,5 Personen für eine Normalwohnung angesetzt. Der Einfluss der Personenzahl auf die NL Zahl ist in DIN 4708 mit P/3,5 festgelegt. Der Einfluss der Anzahl Zimmer auf die Personenzahl wird nach Tabelle 1 in Teil 2 der Norm festgelegt mit:

– Für 1 und 2 Zimmerwohnungen 2/3,5 = 0,57

– Für 4 Zimmerwohnung 3,5/3,5 = 1

– Für 7- Zimmerwohnung 5,6/3,5 = 1,6

Nach neuen statistischen Erhebungen ist der durchschnittliche Wohnraumbedarf in Deutschland für Einpersonenhaushalte 41 m² und für Zweipersonenhaushalte 75 m². Führt man die Berechnung der Leistungskennzahl nach DIN 4708 mit diesen modernisierten Personenzahlen durch, so ergeben sich auch wesentlich geringere Leistungskennzahlen und kleinere Trinkwassererwärmer (10). Die VDI Richtlinie 6002 verweist bei der Personenzahl für Neuanlagen auf die VDI 2067 Blatt 12. Dort werden für Zweizimmerwohnungen 1,5 Personen und für Dreizimmerwohnungen 2 Personen vorgeschlagen.

Gründe für die Überdimen­sionierung

Häufig wird die Anzahl der Wohnungen mit der Leistungskennzahl (NL) gleichgesetzt. Diese Vorgehensweise führt zu Abweichungen in der Leistungskennzahl bis zu 50 %. Ein weiterer Fehler, der bei der Auslegung von Trinkwassererwärmern zur Überdimensionierung führt, ist die Annahme einer zu hohen Personenzahl je Wohnung. Auch die Tatsache, dass an Stelle der Normbadewannen mit 140 Liter Inhalt (5,82 KWh) heute kleinere Wannen mit weniger als 100 Liter Inhalt (4,07 KWh) eingebaut werden, bleibt häufig unberücksichtigt. Die Umrechnung von Normwannen auf Sparwannen, von Normal­armaturen auf Spararmaturen und von Normbelegung auf aktuelle Belegung ist im Prinzip nach der Norm möglich. Sanitärplaner und ausführende Firmen haben jedoch das Problem, dass bei Berücksichtigung abweichender Personenzahlen und Sanitärobjekte keine Übereinstimmung mit den Anforderungen der DIN 4708 besteht und dass diese Auslegungen mit „in Anlehnung an DIN 4708“ bezeichnet werden müssten. Die Leistungsprüfung nach DIN 4708 lässt gegen ­Ende der jeweiligen Spitzenzapfung 45 °C am Austritt des Trinkwassererwärmers zu, was beim Auftreten des maximalen Bedarfs in der Praxis zu kurzzeitigen Temperaturunterschreitungen im Verteilnetz führen kann. ­Diese Regelabweichung ist im DVGW-Arbeitsblatt W 551 ausdrücklich zugelassen.

Neue Erkenntnisse in der solaren Trinkwassererwärmung

Auch die VDI- Richtlinie 6002 bringt neue Erkenntnisse zum Trinkwasserwärmebedarf in der solaren Trinkwassererwärmung. Die Überdimensionierung der Trinkwassererwärmungsanlagen nach DIN 4708 führte vor ­einigen Jahren auch bei der Auslegung von Solaranlagen für Mehrfamilienhäuser zu schlecht ausgelasteten Anlagen mit unwirtschaftlichen Kollektoranlagen (11). Die für Ein- und Zweifamilienhäuser mit Solarenergie üblichen bivalenten Trinkwassererwärmer mit Vorwärmer haben einen Inhalt von maximal 400 Liter. Mehrfamilienhäuser von drei bis ca. 60 Wohnungen werden ebenfalls mit bivalenten Trinkwassererwärmern ausgerüstet, bei denen aber der Vorwärmer einmal am Tag auf 60 °C erwärmt wird. Für Mehrfamilienhäuser mit noch größeren Wohnungszahlen werden in der VDI 6002 Heizwasserspeicher vorgeschlagen. Neue Erkenntnisse zum Spitzendurchfluss in zentralen Trinkwassererwärmungssystemen liegen sowohl für Wohnungen als auch für Hotel und Krankenhäuser vor. Vorliegende Bedarfsmessungen zeigen eine Abweichung von Theorie und Praxis um den Faktor 2. Das würde bedeuten, dass sowohl Trinkwassererwärmer als auch Trinkwasserrohrleitungen, die auf Basis bestehender Normen ausgelegt werden um 100 % überdimensioniert sind.

Warmwasserbedarf in einem ­großen Wohngebäude

Die korrigierten Zahlen für den Durchschnittsbedarf im Sommer zur Auslegung von Solaranlagen liegen nach VDI Richtlinie 6002 zwischen 18 und 28 Liter pro Person und Tag bezogen auf 60 °C. Vor der Auslegung von Solaranlagen für bestehende Mehrfamilienhäuser soll darum der Wasserbedarf gemessen werden. Die Messwerte bestehender Objekte sollen nach der Richtlinie zur Berücksichtigung des Zeitpunktes der Messung mit dem Korrekturfaktor aus Bild 2 umgerechnet werden. Für Neubauten mit ca. 100 Wohnungen werden für die sommerliche Schwachlastperiode in der VDI -Richtlinie 6002 nur 22 Liter pro Tag und Person vorgeschlagen. Zur Auslegung von Ein- und Zweifamilienhäusern werden in der VDI 6002 mittlere Bedarfswerte von 30 bis 40 Litern pro Person und Tag bei 60 °C angegeben. Es wird auf große Bedarfsschwankungen verwiesen und darauf, dass in der Urlaubszeit der Bedarf gegen Null gehen kann. Die neue VDI-Richtlinie 6002 berücksichtigt alle bekannten Anforderungen an die Trinkwasserhygiene. Dazu gehören auch die Hinweise auf die, für die thermische Nutzung von Solarenergie ungünstigen Temperaturen von 60 °C im Verteilnetz von Großanlagen und von 50 °C im Verteilnetz von Kleinanlagen. Die Anforderungen im Einzelnen:

• Trinkwassererwärmungsanlagen in Ein- und Zweifamilienhäusern sollen nach dem neuen Arbeitsblatt W 551 mit einer Temperatur von 50 °C im Verteilnetz betrieben werden, das heißt Warmwassertemperatur 50 °C und Zirkulationstemperatur 45 °C.
• Trinkwassererwärmungsanlagen in Mehrfamilienhäusern sollen nach dem neuen Arbeitsblatt W 551 mit einer Temperatur von 60 °C im Verteilnetz betrieben werden, das heißt Warmwassertemperatur 60 °C und Zirkulationstemperatur 55 °C.
• Für Trinkwassererwärmer mit Vorwärmstufen ist in Großanlagen ab 400 Liter Speicher­inhalt nach DVGW-Arbeitsblatt W 551 die einmalige Aufheizung des Vorwärmers innerhalb von 24 Stunden auf 60 °C gefordert (Legionellenschaltung).

Der Grund für die Verankerung der Hygieneanforderungen ist auch das Inkrafttreten der Trinkwasserverordnung von 2000 mit der jährlichen Überwachungspflicht für öffentliche Anlagen seit Januar 2003.

Planungshinweise zur Auslegung

Für Kleinanlagen in Ein- und Zweifamilienhäusern weist die VDI 6002 auf die übliche Dimensionierung der Komponenten und einen etwas höheren Trinkwassertagesbedarf hin als in Mehrfamilienhäusern. Nach dem Stand der Technik ist die Deckung der Zirkulationsverluste mit Solarenergie in Kleinanlagen entweder nicht vorgesehen oder sie erfolgt fast ausschließlich über Primärenergie. Wenn man bedenkt, dass gerade in Kleinanlagen im Sommer der höchste Energiebedarf durch die Trinkwasserzirkulation entsteht und dass in den meisten bestehenden Objekten auf die Trinkwasserzirkulation aus Komfortgründen nicht verzichtet werden kann, ist das ein gro­ßer Nachteil an allen bekannten Solarsystemen für die solare Trinkwassererwärmung. In den heute üblichen Solaranlagen werden die, von Primärenergie beheizten Speicher oben auf die, zur Bedarfsdeckung notwendige Temperatur von 60 °C aufgeheizt und für Zapfung und Zirkulation über Trinkwassermischer für das Netz mit Kaltwasser auf 45 °C bzw. 50 °C heruntergemischt. Der Nachteil dieser üblichen Reihenschaltung von Vorwärmer und Nachwärmer liegt jedoch in einem garantierten Primärenergieverbrauch für die unnötige Temperaturerhöhung auf 60 °C. Folgt man der Empfehlung des DVGW-Arbeitsblattes, so werden aus hygienischen Gründen diese Objekte im Verteilnetz mit mindestens 50 °C betrieben. Für den Fall ausreichender Sonnenstrahlung zur Aufheizung des Vorwärmers auf 50 °C und die übliche Nachheizung auf 60 °C liegt dieser „garantierte Primärenergieanteil“ für eine Kaltwassertemperatur von 10 °C bei 25 %. Im Sommer, bei einer Kaltwassertemperatur von 13 °C, erhöht sich dieser garantierte Primärenergieanteil sogar auf 27 %.

Bis zu 21 % weniger Primärenergie

Spezielle bivalente Trinkwassererwärmer verfügen im oberen Drittel über eine verkalkungssichere Heizfläche aus Membran-Ovalrohr und besitzen an tiefster Stelle eine kompakte Wärmeaustauscherheizfläche mit großer Oberfläche für Solarenergie. Mit diesen Komponenten ist es in Verbindung mit einem Thermo-Mischer möglich, einerseits die Zirkulationsverluste aus dem oberen Speicher ohne Nachteile für den Vorwärmspeicher und andererseits schon ab einer Temperatur von 46 °C zunehmend aus dem Vorwärmspeicher mit Solarenergie zu decken. Im Zapfbetrieb wird warmes Wasser über den Mischer bevorzugt aus dem Vorwärmspeicher entnommen, wodurch der oben beschriebene Nachteil der normalen Reihenschaltung vermieden wird und beispielsweise ein 21 % geringerer Primärenergiebedarf besteht. Die Dimensionierung von Solaranlagen nach Bild 3 berücksichtigt den Zirkulations­wärmebedarf und ist bei Belastungswerten von 40 bis 50 Liter/m² Kollektorfläche optimal im Sinne der VDI Richtlinie 6002. Vorausgesetzt wird dabei auch, dass für Trinkwasserspeicher mit einem Inhalt über 400 Liter die Aufheizung des Vorwärmspeichers mit Primärenergie einmal am Tag vorgenommen wird.

Einmalige Aufheizung des ­Vorwärmers gefordert

Für Trinkwassererwärmer mit Vorwärmstufen ist in Großanlagen ab 400 Liter Speicherinhalt nach DVGW-Arbeitsblatt W 551/552 die einmalige Aufheizung des Vorwärmers innerhalb von 24 Stunden auf 60 °C gefordert. Nach dem Stand der Technik (Bild 4) sind für die Funktion der bivalenten Wärmenutzung mit Primärenergie und Solarenergie eine Vielzahl von Trinkwasserpumpen, Umschaltventilen, Anschlüssen und Temperaturmessstellen erforderlich. Die übliche Zwangsaufheizung der Vorwärmspeicher mit Primärenergie (Legionellenschaltung) in der Nacht führt ohne gleichzeitige Nutzung der Solarenergie außerdem zu einer erheblichen Verschlechterung des Nutzungsgrades um ca. 7 %. Die ausschließliche Deckung der Zirkulationsverluste mit Primärenergie hat auch nach VDI Richtlinie 6002 große energetische Nachteile und führt zu den bekannt niedrigen Nutzungsgraden in der thermischen Solartechnik. Über Zeitdauer und Zeitpunkt der Aufheizung von Vorwärmern auf 60 °C gibt es keine weiteren Vorgaben. In der übrigen Zeit genügt es, den mit Primärenergie oder Solarenergie beheizten Nachwärmer permanent mit 60 °C Austrittstemperatur zu betreiben. Zur Auslegung der Trinkwassererwärmungsanlagen mit Vorwärmer gibt es bei der Nutzung für die Solartechnik im Wohnungsbau einen guten Lösungsansatz: Das Volumen des Vorwärmers wird genau auf das Energieangebot der Kollektoren ausgelegt und kurz vor der zweiten Bedarfsspitze nach Bild 5 zeitgesteuert auf 60 °C aufgeheizt (im Wohnungsbau um ca. 17 Uhr).

Richtigen Aufheizzeitpunkt wählen

Die Dimensionierung des Vorwärmers sollte aber auch so vorgenommen werden, dass mit Hilfe der vorhandenen Kollektoren ein Aufheizen auf 60 °C einmal am Tag möglich ist. Aus diesem Lösungsansatz ergibt sich z.B. für die Nutzung von Solarenergie mit Flachkollektoren bei einem mittleren Einstrahlungswert eine Dimensionierung der Kollektorflächen für Trinkwassererwärmung und Zirkulation nach Bild 6 und 7. Dieser Ansatz führt zu einem Temperaturverlauf im Vorwärmer, der die Chance bietet, dass bei durchschnittlicher Sonneneinstrahlung im Sommer parallel zum durchschnittlichen Verbrauch nach Bild 8 die Aufheizung des Vorwärmers über Primär­energie vermieden werden kann. Bereits um 16 Uhr ist die gewünschte Mindesttemperatur für den Vorwärmer erreicht. Zu diesem Punkt wurden in einem Zehn-Familienhaus in Stuttgart Untersuchungen angestellt, die zu der Erkenntnis führten, dass der optimale Zeitpunkt für die aus hygienischen Gründen erforderliche Aufheizung des Vorwärmers auf 60 °C vor den Zapfspitzen am Nachmittag liegt. Untersuchungen zum Nutzerverhalten sind Basis der Bedarfsverteilung nach Bild 5. Sie zeigen, dass in den Morgenstunden ca. 33 % des täglichen Warmwasserbedarfs benötigt werden. Um zu erreichen, dass auch in der Nacht aufgeheizte Vorwärmer am Morgen wieder Solarenergie aufnehmen können und Zirkulationsverluste mit Solarenergie ausgeglichen werden können, empfiehlt es sich, den Trinkwasser-Vorwärmer nicht größer auszuführen als er durch die vorhandenen Kollektoren zwischen 9 und 17 Uhr aufgeheizt werden kann (Bild 9). Auf diese Weise ist es möglich, den in den Morgenstunden durch erst teilweise mit Kaltwasser angefüllten Vorwärmer schon ab 8 Uhr für Solarenergie optimal zu nutzen. Die rechnerisch ermittelte Temperaturkurve in Bild 5 gilt für einen Vorwärmer von 400 Liter Inhalt in einem sechs Familienhaus bei der Bedarfsverteilung nach Bild 10. Bei dieser Berechnung wurde auch die Zirkulation berücksichtigt. Es zeigt sich, dass der theoretische Temperaturverlauf im Vorwärmer mit dem Erreichen von 60 °C ab ca. 16 Uhr mit den Erfahrungen aus der Praxis übereinstimmt. Die Auslegung nach VDI 6002 ist also bei diesem Beispiel – auch in Bezug auf die lästigen Legionellen –Aufheizung sinnvoll und rentabel, das heißt, bei durchschnittlichem Bedarf und bei normaler Solarstrahlung wird die gewünschte Hygiene-Temperatur im Sommer ohne die Verwendung von Primärenergie allein mit Kollektoren erreicht. Weitere Berechnungen zu diesem Thema ergeben auch für die abweichende Bedarfsverteilung am Wochenende noch ausreichende Temperatur im Vorwärmer. Die Zeitschaltuhr für die Zwangsaufheizung sollte also generell auf ca. 17 Uhr eingestellt werden.

Solarenergie ohne Umwege nutzen

Bild 11 zeigt eine bivalent beheizte Trinkwassererwärmungsanlage für Solarenergie mit Vorwärmspeicher Nachwärmspeicher, einem Wärmeübertager für Solarenergie an Trinkwasser, einem Trinkwassermischer mit zwei gegenläufig wirkenden Rückschlagklappen zwischen Zirkulationsanschluss und dem unteren Anschluss für vorgewärmtes Wasser. Der Platten- Wärmeübertrager ist zum Zweck der zweistufig temperaturgesteuerten Nutzung von Solarenergie mit einem Umschaltventil ausgerüstet, das bei niedriger Solareinstrahlung gering erwärmtes Trinkwasser auf den unteren Anschluss des Mischers und ab 56 °C Trinkwassertemperatur auf den oberen Anschluss für die Trinkwasserzirkulation leitet. Neu ist an dieser Anlage, dass der Solar- Wärmeübertrager auch zur täglichen Zwangsaufheizung des Vorwärmspeichers über den im Nachwärmspeicher integrierten Primär­energie- Wärmeübertrager genutzt wird. Dabei erfolgt die Vorwärmung des Trinkwassers, bei thermisch hohem Nutzen mit Solarenergie, und die restliche Nachwärmung auf mindesten 60 °C über Primärenergie. Unter diesen Voraussetzungen ist es möglich, die aus hygienischen Gründen erforderliche tägliche Aufheizung des Vorwärmspeichers auf 60 °C, auch am Nachmittag vorzunehmen. Es ist auch möglich die beschriebene Schaltung mit den gleichen energetischen Vorteilen zu einer teilweisen Aufladung des Vorwärmspeichers zu nutzen, um die Mindestlaufzeit von Wärmeerzeugern wie Holzkesseln, BHKW usw. für die Aufheizung des Trinkwassererwärmers über die Heizfläche im Nachwärm­speicher zu beeinflussen. Der für die Temperaturbeschränkung im Warmwasserverteilnetz TWW erforderliche Trinkwassermischer macht in Verbindung mit den beiden gegenläufig wirkenden Rückschlagklappen die bevorzugte Nutzung von Solarenergie aus dem Platten- Wärmeübertrager und dem Vorwärmspeicher möglich. Außerdem erfolgt die Zufuhr von Wasser aus der Trinkwasserzirkulation so, dass immer eine Teilmenge des Zirkulationswassers zu einer permanenten thermischen Desinfektion durch den, im oberen Teil auf zum Beispiel 65 °C aufgeheizten Nachwärmspeicher geführt wird, bevor sie über den Trinkwassermischer auf genau 60 °C an dessen Austritt gemischt wird.

Problem der Aufheizung von ­Ausdehnungsgefäßen

In einer Stadtschwimmhalle mit Wärmerückgewinnungsanlage, Trinkwassererwärmung und Solarenregie in Thüringen kam es trotz regelmäßiger Aufheizung der Vorwärmspeicher auf 60 °C in der Nacht wiederkehrend zum Aufkeimen von Legionellen im Bereich der Trinkwasserzuleitung zur Trinkwassererwärmungsanlage und im Vorwärmspeicher. Als Ursache stellten sich eine hohe Legionellen- Kontamination im Inneren der, an die Kaltwasserzuleitung angeschlossenen Membrangefäße heraus. Die Geräte waren nicht, wie im Bild 7 dargestellt zwangsdurchströmt, sondern mit Stichleitungen angeschlossen und schickten getreu ihrer Funktionsweise bei jeder Druckschwankung im Warmwasser- Rohrnetz Legionellen aus dem kontaminierten Membrangefäß in die Zuleitung zur Trinkwassererwärmung. Die Anlage wurde dann entsprechend umgebaut und ist bis heute frei von Legionellen.

Kleine Ursache mit großer Wirkung

Der Einbau von DVGW geprüften Membrangefäßen in die Kaltwasserzuleitung von Trinkwassererwärmern ist zwar erlaubt aber sicherheitstechnisch nicht erforderlich. Die durch die Wärmeausdehnung des Wassers bei der Aufheizung von 10 °C auf 60 °C auftretende Volumenvergrößerung von maximal 2 % in der Trinkwassererwärmungsanlage wird je nach Werkstoff der Speicherwände durch Vergrößerung des Behältervolumens kompensiert (für Edelstahlspeicher ca. 0,5 %). Das so korrigierte Ausdehnungsvolumen von ca. 1,5 % des Trinkwasservolumens wird bei Anlagen ohne Membrangefäß vom Sicherheitsventil in der Kaltwasserzuleitung nach außen abgeführt. Für eine Anlage mit:

– Leitungsinhalt 200 Liter

– Speicherinhalt 600 Liter

– zwei Vorwärmern 1000 Liter

– Gesamtinhalt 1800 Liter

ist das maximal abzuführende Volumen 27 Liter.

Werden zur Einsparung von Trinkwasser Membrangefäße eingesetzt, so wird das oben errechnete Ausdehnungsvolumen zum Beispiel beim ersten Aufheizen der Anlage, ohne gleichzeitigen Zapfvorgang, in Richtung des Membrangefäßes in die Kaltwasserzuleitung und gegen die ausweichende Membrane auch in das Ausdehnungsgefäß verdrängt! Das Membrangefäß wird zwangsläufig warm, wenn das Ausdehnungsvolumen von ca. 27 Liter nicht in die Kaltwasserzuleitung zwischen dem Vorwärmer und dem Membrangefäß hineinpasst. Im laufenden Betrieb der Anlage ist das Ausdehnungsvolumen wesentlich geringer als 27 Liter, da der beschriebene Vorgang bei jeder Warmwasserzapfung im System unterbrochen wird.

Vorwärmer und Membrangefäß

Ein Sonderfall ist dann gegeben, wenn Vorwärmer wie in der dargestellten Anlage (Bild 7) in der Nacht aus hygienischen Gründen einmalig auf 60 °C aufgeheizt werden müssen. In diesem Falle finden beim Aufheizen der Vorwärmer keine Zapfungen statt, so dass mindestens 1,5 % von 1000 Liter, d.h. 15 Liter erwärmtes Trinkwasser in die Kaltwasserzuleitung und in das Ausdehnungsgefäß verdrängt werden. So wird in jeder Nacht das Membrangefäß mit einer Mischung von Kaltwasser (15 °C) aus der Leitung und Warmwasser (60 °C) aus den Vorwärmern angefüllt. Die Mischtemperatur liegt im Fall einer 3,8 m langen Kaltwasserzuleitung DN 50 mit 7,5 Liter Inhalt bei 37 °C und damit genau in dem Temperaturniveau, bei dem es zum maximalen Wachstum von Legionellen kommen kann! Ob es bei diesen Bedingungen zum Aufkeimen von Legionellen kommt, ist von der Bauart der Membrangefäße abhängig. Das Risiko ist besonders groß, wenn es sich um schlecht oder nicht durchströmte Gefäße handelt. Wenn außerdem der Membranwerkstoff nicht den KTW Empfehlungen entspricht, ist das Aufkeimen von Legionellen in den Membrangefäßen vorprogrammiert.

Problemlösungen

Wenn die Aufheizung der Membrangefäße verhindert werden soll, muss zwischen Trinkwassererwärmer und Membrangefäß eine entsprechend zu dimensionierende Wasservorlage in die Kaltwasserzuleitung eingebaut werden. In diesem Falle mindestens 7,5 Liter zusätzlich zum vorhandenen Leitungsvolumen von 7,5 Liter. Dabei wird die Erwärmung des Membrangefäßes für die erstmalige Aufheizung der Anlage noch in Kauf genommen. Will man das Membrangefäß wie einen weiteren Vorwärmer einmal am Tag auf 60 °C aufheizen, so kann das Gefäß beliebig dicht vor dem Vorwärmer in der Kaltwasserzuleitung eingebaut werden. Diese Lösung ist dann möglich, wenn es sich um durchströmte Membrangefäße handelt. Der Hersteller des Membrangefäßes müsste in diesem Falle zum täglich wiederkehrenden Betrieb der Gefäße mit 60 °C Stellung nehmen.

Speichersysteme mit Zirkulation in der Solartechnik

In Anlagen mit größerem Verteilnetz, bei denen auf die Zirkulation nicht verzichtet werden kann, nimmt man aus Komfort- und Hygienegründen erhebliche Wärmeverluste für die Warm- und Zirkulationsleitungen in Kauf. Die durch Auskühlung des Wassers im Verteilnetz auftretenden Zirkulationsverluste senken den Nutzungsgrad der zentralen Trinkwassererwärmung um ca. 50 %. Alle bekannten Trinkwassererwärmungssysteme für die Nutzung alternativer Energie haben einen gemeinsamen Nachteil, der besonders im Bereich der Mehrfamilienhäuser mit Trinkwasserzirkula­tion auftritt. Die Zirkulationsverluste werden wegen des hohen Temperaturniveaus fast ausschließlich von Primärenergie gedeckt. Ein weiteres Problem liegt in den zu hohen Rücklauftemperaturen bei der Deckung der Zirkulationsverluste. Das wirkt sich nicht nur bei der Nutzung von Solarenergie aus sondern auch beim Einsatz der Systeme für die Wärmepumpe und in Verbindung mit Brennwertkesseln.

Einbindung der Zirkulation in das Solarsystem

Unter der Überschrift „direkte Einbindung der Zirkulation in das Solarsystem“ wird in der VDI Richtlinie 6002 ausgeführt, dass eine Einbindung „bei etwas großzügigerer Dimensionierung prinzipiell erwogen werden kann“. Vor den Nachteilen einer ungünstigen Einbindung der Zirkulation wird mit Hinweis auf das Absinken der Effizienz der Solaranlage gewarnt. Die beste Lösung für die richtige Einbindung der Zirkulation ist für Trinkwasserspeichersysteme mit Vorwärmern in Bild 20 dargestellt. Außerdem wird bei diesem System die vorteilhafteste „Legionellenschaltung“ vorgenommen. Folgerichtig wird die Auslegung der Kollektorflächen für diese Systeme unter Berücksichtigung der Zirkulationsverluste vorgenommen. Das befürchtete Absinken der Effizienz der Solaranlage ist wirksam verhindert.

Trinkwassererwärmer sind unter Berücksichtigung des tatsächlichen Bedarfs und der zur Verfügung stehenden Anschlussleistung (Kesselleistung bzw. Fernwärmeleistung) nach der einfachen Faustformel „so klein wie möglich und so groß wie nötig“ auszulegen. Dies ist die Grundvoraussetzung für eine hygienische Trinkwassererwärmung. Da es nur für den Wohnungsbau feste Dimensionierungsregeln gibt, ist für die hygienische Auslegung der Trinkwassererwärmer im Nicht-Wohnungsbau sehr viel Know-how und Erfahrung notwendig.

Literatur:

[1] DVGW-Arbeitsblatt W 551, April 2004, Trinkwassererwärmungs- und Trinkwasserleitungsanlagen; technische Maßnahmen zur Vermeidung des Legionellenwachstums; Planung, Errichtung, Betrieb und Sanierung von Trinkwasser- Installationen

[2] Prüfgrundlage für Speicher- Trinkwassererwärmer bis 400 Liter DVGW – VP 670

[3] Werkstatt + Montagepraxis I Februar 2003; Die novellierte Trinkwasserverordnung fordert bessere Systeme zur Trinkwassererwärmung. Dipl. Ing. Burkhard Maier und Dipl.-Ing. Robert Kremer

[4] VDI-Richtlinie 6023, hygienebewusste Planung, Ausführung, Betrieb und Instandhaltung von Trinkwasseranlagen

[5] Zitat aus HLH Heft 3, 2007 Verfasser: Robert Kremer, Leverkusen Mathias Taubmann, Dettenhausen.

[6] DIN 1988 Teil 4 Tabelle 3 Zuordnung der Ausführungsart zur Wärmeträgerklasse. DIN 1988 Teil 3 Auslegung von Armaturen und Rohrleitungen

[7] Trafo-Forschungsprojekt „Trinkwasserwärmebedarf für Hotels und Krankenhäuser“

[8] Diplomarbeit an der FH Köln, Professor Orth, zum „Vergleich von Hersteller- Auslegungsprogrammen zum Trinkwasserwärmebedarf“(Stefan Franzheim)

[9] Die neue VDI-Richtlinie 6003 , Planung, Bewertung und Einsatz von Trinkwassererwärmungsanlagen. Robert Kremer, Werkstadt + Montagepraxis, Februar 2005

[10] VDI-Richtlinie 6002 Blatt 1 Solare Trinkwassererwärmung, allgemeine Grundlagen, Systemtechnik und Anwendung im Wohnungsbau vom September 2004

[11] Bine Themen-Info III/02 „große Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung“; Peuser, F.A.. F. Meyer; Fach­informationszentrum Eggenstein-Leopoldshafen; 2003

Unser Autor Dipl.-Ing. Robert Kremer ist Mitarbeiter im DVGW-Fachausschuss Trinkwasserhygiene in Gebäuden. Zudem wirkt er in den Ausschüssen Trinkwassererwärmer, Normenausschuss DIN 4753, Richt­linien­ausschuss VDI 6003 und beim Forschungsprojekt Trinkwasserwärmebedarf für Hotel und Krankenhäuser mit; 51381 Leverkusen, Telefax (0 21 71) 55 80 49, E-Mail: robert kremer@unitybox.de