Klimaresiliente Trinkwasserinstallationen

Kein Modewort, sondern Notwendigkeit

In den beiden Dekaden bis 2020 beherrschte das Wort „Nachhaltigkeit“ die fachliche und politische Diskussion über die Entwicklung des Gebäudesektors.

Diesen Rang scheint inzwischen der Begriff „Resilienz“ einzunehmen. Der Grund dafür ist nicht trivial, sondern drückt eine neue Realität aus. Wurde sich spätestens seit Anfang der 2000er-Jahre ernsthaft darauf konzentriert, durch mehr Nachhaltigkeit den Klimawandel zu bremsen, muss dieser Ansatz jetzt durch Klimaanpassung ergänzt werden. Es gilt außerdem, die Widerstandsfähigkeit gegen die bereits real existierenden und sich noch ausweitenden Folgen der Klimaerwärmung zu erhöhen. Das betrifft im Gebäudesektor vor allem Trinkwasserinstallationen. Denn die Versorgung mit genusstauglichem Trinkwasser ist für den Menschen existenziell, steht aber in direkter Wechselbeziehung mit dem Klimawandel. Umso wichtiger sind einige Grundlagen, die eine klimaresiliente Planung von Trinkwasserinstallationen ausmachen.

Bei der Planung und Umsetzung einer klimaresilienten Trinkwasserinstallation stehen zwei Aspekte im Vordergrund: die aktuellen und künftigen Auswirkungen des Klimawandels auf die Ressource Trinkwasser sowie die kommenden gesetz­lichen Anforderungen für Gebäude. Aus diesen beiden Punkten lassen sich wiederum drei Leitsätze entwickeln, die auf jede Trinkwasserinstallation bezogen werden können:

Diese Leitsätze bei Planung und Ausführung von Trinkwasserinstallationen zu berücksichtigen, sichert trotz Klimawandel schon heute die Trinkwassergüte und den langfristigen Betrieb der Trinkwasserinstallationen ab.

Klimabedingte Risiken für Trinkwasser

Eine messbare Größe für den Einfluss veränderter klimatischer Bedingungen auf das Trinkwasser ist das Temperaturniveau am Hausanschluss. Als Planungsgrundlage dient in der Regel die Annahme, dass der Versorger Trinkwasser mit einer Temperatur von etwa 10 °C liefert. Auch, wenn regionale Unterschiede bestehen, ist mittlerweile aber eher von einer Eingangstemperatur von durchschnittlich 14 °C [1] auszugehen – bei lang­anhaltenden Hitzeperioden auch deutlich höher. Die Gründe dafür sind vielfältig, hängen aber fast durchweg mit dem Klimawandel zusammen: Aufgrund des Anstiegs der durchschnittlichen Lufttemperatur erhöhen sich die Rohwassertemperaturen in Tal­sperren, Flüssen oder Seen, die der Trinkwasser­gewinnung dienen. Längere Perioden mit wenig Niederschlag verschärfen die Situation. Denn bei sinkenden Pegeln erwärmen sich ebenfalls die tieferen Wasserschichten. Auf der Strecke von den Trinkwasser-Einzugsgebieten bis zum Hausanschluss kommt es schließlich zu weiteren Wärmeeinträgen, beispielsweise in Hochbehältern und den Versorgungsleitungen. Auch dafür ist der allgemeine Temperaturanstieg ursächlich, der sich inzwischen sogar auf das Grundwasser auswirkt.

Bemerkenswert sind hier Messungen von Trinkwassertemperaturen in unterschiedlichen Bodentiefen der deutschen Bundeshauptstadt im Auftrag der Berliner Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Bauen und Wohnen: Selbst in der neutralen Zone – einer Tiefe, die von Temperaturen an der Oberfläche kaum beeinflusst wird – steigen die Durchschnittstemperaturen kontinuierlich an. Diese Entwicklung fällt unter dicht besiedelten Flächen besonders deutlich aus, da diese Bodenschichten nicht nach oben abkühlen können: Die Höchsttemperaturen des Grundwassers in 20 m Tiefe stiegen 2010 zum ­Beispiel von 13,7 °C auf 15,9 °C in 2020. In einer Bo-dentiefe von drei Meter wurden sogar Temperaturen bis zu 17,7 °C gemessen. [2]

Kaltwassertemperaturen absichern

Die erhöhte und perspektivisch weiter steigende Trinkwassertemperatur am Hausanschluss reduziert zwangsläufig die Kapazität des Kaltwassers, Wärme aufzunehmen. Gleichzeitig steigen in modern ausgestatteten und gut gedämmten Gebäuden die Wärmelasten. Es gilt aber die Vorgabe der DIN 1988-200 und der VDI 6023 Blatt 1, die maximal zulässige Höchsttemperatur für Trinkwasser kalt (PWC) von 25 °C einzuhalten. Die alte Richtlinie des VDI/DVGW 6023 empfahl aus Sicht der Trinkwasserhygiene sogar, eine Kaltwassertemperatur von 20 °C nicht zu überschreiten. Diese Temperaturgrenze nennt auch das DVGW-Arbeitsblatt W 400-1. Denn schon ab diesem Schwellenwert vermehren sich Bakterien im Trinkwasser. Tatsächlich werden inzwischen Legionellenspezies immer öfter auch im Kaltwasser nachgewiesen. Sicherlich auch dank eines besseren Verfahrens, das spätestens seit März 2019 zur Anwendung kommt. Es basiert auf einem neuen Nährboden, auf dem mehrere der verschiedenen und teilweise potenziell gesundheitsgefährdenden Legionellenarten nachzuweisen sind.

Bei einer klimaresilienten Planung der Trinkwasserinstalla­tion reicht es also nicht aus, lediglich den Status quo der Kaltwassertemperatur am Hausanschluss vom Versorger zu erfragen und daraus das mögliche ∆T für die Kaltwasser­erwärmung im Gebäude abzuleiten. Vielmehr ist jede Möglichkeit auszuschöpfen, um die Wärmelast für Kaltwasser im Gebäude zu reduzieren. Nur so bliebt Spielraum, wenn die Hausanschlusstemperaturen weiter steigen. Auf dem Weg, den das Trinkwasser bis zur Entnahmestelle nimmt, tragen dazu verschiedene Maßnahmen bei:

  1. Der Hausanschlussraum für Trinkwasser sollte keinen Wärmeeintrag durch Aggregate wie Heizungen oder Druckerhöhungsanlagen aufweisen. Auch auf Fenster ist am besten zu verzichten, damit sich die Lufttemperatur nicht durch den Einfall von Sonnenlicht erhöht.

  2. Kaltwasserleitungen sind am besten genauso zu dämmen wie jene für Trinkwasser warm (PWH). Das verzögert den Wärmeübergang, wenn kein Wasser gezapft wird und es in den Rohren verweilt.

  3. Außerdem sollten warmgehende Rohrleitungen für Heizung und PWH nicht in demselben Steigeschacht installiert werden wie PWC. Die Aufteilung von kalten und warmen Medien in zwei getrennten Schächten ist einer der wichtigsten Beiträge, die Kaltwassererwärmung zu reduzieren. Ist das baulich nicht möglich – wie zum ­Beispiel durch Zwänge bei der Sanierung oder Umnutzung von Gebäuden – kann eine Inliner-Installation für die Zirkulation von Trinkwasser warm (PWH-C) vorgesehen werden. Bei diesem Rohrleitungssystem (beispielsweise „Smartloop“ für Rohrleitungen aus Kupfer und Edelstahl, Hersteller: Viega) wird der Rücklauf in die Steigleitung eingezogen. Das verringert die wärme­abstrahlende Oberfläche um etwa die Hälfte, damit entsprechende Wärmeverluste und Wärmeabstrahlungen in den Installationsschacht.

  4. Auch in abgehängten Decken sind kalte und warme Rohrleitungen mit möglichst großem Abstand zu installieren. Zu berücksichtigen ist ebenfalls, dass Decken­lampen hohe Wärme in den Zwischenraum abgeben. Ist dies der Fall, sollte für die Kaltwasserleitung eine andere ­Trasse gewählt werden.

  5. Zum Wärmestau kann es auch in Vorwänden der Sanitärräume kommen. Besonders, wenn sie vollständig gedämmt sind. Um die Kaltwassererwärmung zu begrenzen, müssen PWC-Rohrleitungen grundsätzlich in Bodennähe und PWH-Rohrleitungen mit weitem Abstand darüber verlegt werden. Beträgt das Rohrleitungsvolumen der Stockwerkverteilung weniger als drei Liter, ist es empfehlenswert, die Zirkulation von Trinkwasser warm (PWH-C) nicht bis zu den Entnahmestellen zu führen. Wird ein besonderer Komfort in puncto kurze Ausstoßzeit für PWH vereinbart, lohnt es sich, vor der Entscheidung die Ausstoßzeiten genau zu berechnen. Denn durch ein strömungsoptimiertes Rohrleitungssystem mit niedrigen Zeta-Werten (beispielsweise „Raxofix“ von Viega), kann mitunter die Dimensionierung auf der Etage kleiner ausgelegt werden. Das wiederum begünstigt auch die Ausstoßzeit für Trinkwasser warm.

  6. Das Verlegen von Kaltwasserleitungen direkt unter einer Fußbodenheizung führt zur unzulässigen Erwärmung des Kaltwassers. Hier sind die normativen Vorgaben der DIN CEN/TR 16355:2012-9 „Empfehlungen zur Verhin-derung des Legionellenwachstums in Trinkwasser-Installationen“ zu beachten.

  7. Ist eine Warmwasserzirkulation bis zur Entnahmestelle unvermeidlich, sollte der Anschluss von oben mit einer kurzen Stichleitung als Auskühlstrecke erfolgen. So wird verhindert, dass über den Armaturenkörper die Kaltwasserseite unzulässig erwärmt wird.

Werden schon bei der Planung konsequent Wärmelasten für Kaltwasser reduziert, trägt das nicht nur zum Erhalt der Trinkwassergüte bei. Die weiteren Leitsätze einer klimaresi­lienten Trinkwasserinstallation werden davon ebenfalls berührt: der sparsame Umgang mit der Ressource und die Energieeffizienz.

Trinkwasserressourcen schützen

Ein anderes klimabedingtes Risiko für die Trinkwasser­versorgung ist die Verfügbarkeit der Ressource. Zwar ist in Deutschland derzeit keine generelle Wasserknappheit zu befürchten. Aber lokale Versorgungsschwierigkeiten im Hitze­rekordjahr 2018 haben Impulse für die Nationale Wasserstrategie geliefert, die die Bundesregierung 2023 verabschiedete. Um mit Blick auf klimabedingte Veränderungen die Trinkwasserversorgung zu sichern, gehört zu den Maßnahmen dieser Nationalen Wasserstrategie, Trinkwasser in allen Nutzungs­bereichen noch sparsamer zu verwenden. Eine klimaresiliente Planung von Trinkwasserinstallationen kann und muss diese Entwicklung unterstützen …

Wie zuvor beschrieben sind im Sinne der Trinkwassergüte Dauertemperaturen von PWC oberhalb von 25 °C konsequent zu vermeiden. Wird diese Kaltwassertemperatur erst nach einer Auslaufzeit von beispielsweise 30 s erreicht, ist das somit kein Indiz für eine einwandfreie, sondern eher für eine bedenkliche Trinkwasserinstallation. In bestehenden Gebäuden ist als Abhilfe in solchen Fällen eine Spülstation vorzusehen, um den Wasseraustausch zu erhöhen und zu warmes Kaltwasser abzuleiten, bevor es in den betroffenen Rohrleitungsstrecken zu Verkeimungen kommt. Gesundheitsschutz geht hier vor Ressourcenschutz. Doch diese Form der „Was-serverschwendung“ kann insbesondere bei Neuinstallation reduziert oder ganz vermieden werden, da die erwähnten Maßnahmen gegen die Kaltwassererwärmung nur ein Beitrag sind. Die genaue Festlegung der tatsächlich benötigten Zapfmengen und Zapfstellen ist ein zweiter. Ein wertvolles Planungsinstrument dafür ist das Raumbuch.

Zusammen mit dem Bauherrn werden dabei für jeden Raum mit Entnahmestellen für Trinkwasser die Art der Nutzung und Häufigkeit pro Tag und Woche ermittelt. Bei diesem Prozess kann hinterfragt werden, ob eine be-stimmte Entnahmestelle tatsächlich erforderlich ist, wenn nur eine unregelmäßige Nutzung festgestellt wird. Zudem werden so realistische Gleichzeitigkeiten der Trinkwassernutzung ermittelt. Daraus resultiert häufig, dass schon der Hauswasseranschluss kleiner dimensioniert werden kann. Sinkt das Volumen der Trinkwasserinstallation insgesamt und ergibt sich durch eine regelmäßige Nutzung aller Zapfstellen der vollständige Wasseraustausch spätestens nach 72 h – wie es die VDI 6023 Blatt 1 empfiehlt –, sind Hygienespülungen nur in Ausnahmen erforderlich. Das kann zum Beispiel der Fall sein, wenn unvermeidbare Nutzungsunterbrechungen abzusichern sind; typischerweise in Schulgebäuden aufgrund von Ferienzeiten.

Trinkwasser und CO!SUB(2)SUB!-Ausstoß

Als dritter Leitsatz für die Planung einer klimaresilienten Trinkwasserinstallation ist der Energieeinsatz für die PWH-Bereitung wie für Hilfsenergien zu berücksichtigen. Auch hier spielen Maßnahmen gegen die Kaltwassererwärmung wieder eine wichtige Rolle. Denn lässt sich eine Dauertemperatur von Kaltwasser über 25 °C nicht in den Griff bekommen, ist eine aktive Trinkwasserkühlung erforderlich – die sofort den Energieverbrauch erhöht.

Der deutlich größere Energiebedarf entfällt allerdings in der Regel auf die Trinkwassererwärmung. Da die Treibhausgasemissionen des Gebäudesektors nicht nur in Deutschland, sondern in ganz Europa zu hoch liegen, um die gesteckten Klimaziele zu erreichen, sind weitere gesetzliche Vorgaben bereits absehbar. Das Parlament und der Rat der Euro­päischen Union verabschiedeten beispielsweise die Novelle der EU-Gebäuderichtline (Energy Performance of Buildings Directive, EPBD), die seit April 2024 rechtskräftig ist. Zwei Jahre haben die Mitgliedsstaaten nun Zeit, die Vorgaben in nationales Recht umzusetzen. In Deutschland ist deshalb in nächster Zeit mit einer weiteren Überarbeitung des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) zu rechnen.

Zu den Kernpunkten der neuen EU-Gebäuderichtlinie zählt die Einführung eines Nullemissionsgebäude-Standards, der ab dem 1. Januar 2030 für alle Neubauten gilt. Das bedeutet: Ein Gebäude darf dann vor Ort kein CO!SUB(2)SUB! mehr durch den Verbrauch fossiler Brennstoffe freisetzen. Des Weiteren sollen die Treibhausgasemissionen im Bestand durch einen nationalen Gebäuderenovierungsplan reduziert werden. Im Vergleich zum Re-ferenzjahr 2020 muss der Primärenergieverbrauch des Gebäudebestandes bis 2030 um 16 Prozent abgenommen haben und bis 2034 um 20 Prozent bis 22 Prozent.

Die damit verbundene Abkehr von Heiztechniken mit fossilen Brennstoffen ist gleichbedeutend mit sinkenden Vorlauftemperaturen. Das trifft nicht nur zu, wenn Wärmepumpen zum Einsatz kommen – die in der Regel die höchste Effizienz bei einer Vorlauftemperatur von etwa 35 °C erreichen. Auch in Fernwärmenetzen besteht das Ziel, Vorlauftemperaturen zu senken, um Effizienz und Reichweite zu steigern. Hinzu kommt die vermehrte Installation von „kalten“ Nahwärmenetzen. Das hat gravierende Folgen für die Trinkwassererwärmung. Denn eine Temperaturhaltung für Trinkwasser warm von mindestens 55 °C ist für den Gesundheitsschutz ebenso unab-dingbar wie die Temperaturhaltung von Trinkwasser kalt: Temperaturen zwischen 25 °C und 55 °C bieten im Trinkwasser vorkommenden Bakterien wie Legionellen ein ideales Milieu für die Vermehrung.

Eine klimaresiliente Trinkwasserinstallation zu planen bedeutet daher, die Trinkwassererwärmung auf die Nutzung von Heizungen mit Erneuerbaren Energien abzustimmen. Ein Weg ist, künftig kein Trinkwasser warm mit einer Temperatur von 60 °C mehr zu bevorraten, sondern primär Energie zu speichern: In einem bedarfsgerecht dimensionierten Pufferspeicher werden die Wärmegewinne aus unterschiedlichen regenerativen Quellen wie Wärmepumpen und Solarthermieanlagen oder aus Fernwärme geschichtet. Daran angeschlossen ist ein Durchfluss-Trinkwassererwärmer. Bei diesem Prinzip beschränkt sich das erwärmte Trinkwasser auf die tatsächlich gezapfte Menge sowie das Volumen in der Zirkulation, um die erforderliche Temperaturspreizung von 60/55 °C sicherzustellen.

Andere vermeintliche Energiesparmaßnahmen der Trinkwassererwärmung, die insbesondere unter Verbrauchern, aber auch in der Fachwelt diskutiert werden, sind allerdings nicht zielführend oder bergen sogar Risiken für den Erhalt der Trinkwassergüte. Dazu zählt, das Trinkwasser beispielsweise dezentral über Durchlauferhitzer zu erwärmen. Weil die Nutzer den Durchlauferhitzer erfahrungs­gemäß lediglich auf die benötigte Zapftempe-ratur einstellen – die Duschtemperatur beträgt ca. 35 °C – herrscht in der Rohrleitungsstrecke hinter dem Durchlauferhitzer eine Dauertemperatur von < 55 °C. Entsprechend warnte das Umweltbundesamt schon vor einiger Zeit, dass es hier zu einer Legionellen­vermehrung kommen kann. [3] Gestützt wird dies durch die aktuelle Veröffentlichung der Ergebnisse der „Legionellen im Trinkwasser (LeTriWa)“-Studie des Umweltbundes­amtes (UBA), die von 2016 bis 2020 durchgeführt wurde. Dort wurde unter anderem nach­gewiesen, dass auch in nicht-untersuchungspflichtigen Trinkwasserinstallationen Legionellen vorkommen und Ursache für den Erwerb der Legionärskrankheit sein können. Gemeint sind in diesem Zusammenhang Kleinanlagen und dezentrale Trinkwasser­erwärmer. [4] Vermutet wurde diese Gefährdung schon 2016 bei Messungen einer realen Trinkwasserinstallation mit Durchlauferhitzern in Kiel (Hippelein, UKSH Kiel).

Aus dem gleichen Grund müssen auch sogenannte Legionellenschaltungen oder Legionellenschleusen ein Tabu sein. Dabei wird die Temperatur eines Trinkwasserspeichers auf 50 °C oder weniger abgesenkt und in regelmä-ßigen Abständen auf über 60 °C aufgeheizt, um Legionellen abzutöten. Diese Annahme ist allerdings ein Trugschluss: Legionellen sterben erst ab, wenn die Wassertemperatur über einen ­definierten Zeitraum über 70 °C beträgt. Dieser Wert kann in der Praxis sogar noch höher liegen, wenn durch eine ­regelmäßige Legionellenschaltung die Bakterien einem ständigen Temperaturstress ausgesetzt werden. Dann entwickeln sie eine Resis-tenz gegen hohe Temperaturen.

Fazit

Welche künftigen Herausforderungen in puncto Gesundheitsschutz, Ressourcenschutz und Klimaschutz auf Trinkwasserinstallationen zukommen, ist heute schon erkennbar – und in Teilen bereits spürbar. Der Ansatz einer klimaresilienten Planung trägt dem Rechnung und sichert den langfristigen Betrieb bei einwandfreier Trinkwassergüte ab.

Ein Whitepaper zum Thema „Klimaresiliente Planung von Trinkwasserinstallationen“ stellt Viega zum Download zur Verfügung: www.viega.de/Trinkwasser.

Quellen:
[1] K. Rühling, C. Schreiber, C. Luck, G. Schaule, A. Kallert, EnEff: Wärme-Verbundvorhaben, Energieeffizienz und Hygiene in der Trinkwasser-Installation, Schlussbericht, 2018.
[2] Umweltatlas Berlin, Grundwassertemperatur 2020
[3] Mitteilung des Umweltbundesamtes (UBA), Vorkommen von Legionellen in dezentralen Trinkwassererwär-mern, 12/2018.
[4] „Infektionsquellensuche bei ambulant erworbenen Fällen von Legionärskrankheit – Ergebnisse der LeTri-Wa-Studie“; Umweltbundesamt, Berlin 2016-2020

Montag, 02.09.2024