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Die
Verteilung von Kaltwasser auf mehrere Verbraucher erfolgt entweder über eine
Ringleitung oder in Gebäuden
nach dem Prinzip der „unteren Verteilung". Dabei wird Kaltwasser
nach dem Hausanschluss mit zentralem Zähler über eine unten liegende Verteilleitung
(im Kellerbereich) zu den Steigeleitungen mehrerer Verbraucher geführt. Alternativ dazu
wird Kaltwasser auch nach dem System der „oberen Verteilung" verteilt. Dabei
wird Kaltwasser nach dem Hausanschluss über eine oben liegende Verteilleitung
(im Dachgeschoss) zu den Steigeleitungen mehrerer Verbraucher geführt.
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Die
Verteilung von Warmwasser in großen Gebäuden erfolgt ebenfalls über Ringleitungen
oder nach dem Prinzip der unteren oder oberen Verteilung. Warmwasserverteilsysteme
in werden zusätzlich
mit elektrischer Rohrbegleitheizung oder mit einem Zirkulationsleitungssystem
ausgerüstet
das parallel zu den Warmwasserleitungen geführt wird. Seit 1983 ist ein
System bekannt, bei dem die Zirkulationsleitung innerhalb der Warmwasserleitung
geführt wird
(Rohr in Rohr-Zirkulation).
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Einheitlich
für alle
bekannten Warmwasserverteilungen mit Zirkulationssystem wird die
zur Erreichung der erforderlichen Betriebstemperatur benötigte Zirkulationswassermenge
durch eine Zirkulationspumpe zurück
zum Trinkwassererwärmer
gefördert.
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Das
Rohrnetz der bekannten Kalt- und Warmwassersysteme in größeren Gebäuden (obere Verteilung
oder untere Verteilung) besteht aus einer Vielzahl von Rohrleitungen
mit abgestuften Rohrquerschnitten die zur Vermeidung unzulässiger Druckschwankungen
genau auf den Bedarf abgestimmt werden müssen und in einer Strömungsrichtung
beaufschlagt werden.
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Die
aus hygienischen und wirtschaftlichen Gründen erforderliche Optimierung
der Rohrquerschnitte führt
zu großen
Rohrquerschnitten am Anfang des Rohrnetzes und zu kleinen Rohrquerschnitten
am Ende des Rohrnetzes.
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Einzelzuleitung, T-Stück-Installation und Ringleitungen:
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Als
Anschlusstechnik für
die Verbraucher innerhalb der Nutzungseinheiten z.B. Wohnungen,
Hotelzimmer, Krankenzimmer sind Einzelzuleitung, T-Stück-Installation
und Ringleitungen ohne Zirkulation üblich. Diese energiesparende
Technik hat sich aus hygienischer Sicht bewährt. Probleme ergeben sich
nur noch bei ungünstiger
Lage des Steigestranges im Verhältnis
zur Lage der Zapfstellen, wenn Ringleitungen oder Einzelzuleitungen
wegen zu großer
Länge und
Volumen die Komfortanforderungen der VDI 6003 nicht erfüllen können (Überschreitung der
zulässigen
Zeiten bis zur Temperaturpräsenz
an den Zapfstellen).
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Die
dazu bekannten Problemlösungen
sind die Stockwerkszirkulation, zwei Steigestränge mit Zirkulation oder die
elektrische Begleitheizung. Diese Lösungen sind aber wegen der
zusätzlichen
Wärmeverluste
nicht üblich.
Für die
Stockwerkszirkulation gibt es außerdem das Problem der Warmwasserzählung und
der Kostenverteilung für
die Zirkulationsverluste im Wohnungsbereich bzw. in Anlagen mit
Verbrauchsmessungen je Nutzungseinheit.
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Die
Unterschreitung der nach DVGW Arbeitsblatt W 551 geforderten maximalen
Kaltwassertemperatur von 25°C
ist bei Rohrleitungen, die parallel zu Warmwasserleitungen und Zirkulationsleitungen
geführt
werden, wegen der ebenfalls aus hygienischen Gründen geforderten Warmwassertemperatur
von 60°C
ein großes
Problem.
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Hierzu
gibt es eine Veröffentlichung
in der Krankenhausfachzeitschrift Krh.-Hyg. + infverb. 24 Heft 5
(Jahrgg. 2002) Seite 181 „Legionellen
im Krankenhaus: Vorkommen, Risikofaktoren und Hygienemaßnahmen" unter „wichtige
Empfehlungen für
das Kaltwassersystem" wird
die Isolierung der Kaltwasserleitungen (genau wie die Warmwasserleitung), und
die Beibehaltung von WC-Spülsystemen
mit Trinkwasser um eine häufige
Wassererneuerung in den Kaltwasser-Rohrleitungen zu erreichen empfohlen.
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In
Kaltwassernetzen bestehender Wohngebäude treten allerdings als Folge
von Sparmaßnahmen
beim Wasserverbrauch seit 2002 zunehmend Probleme mit der aus hygienischen
Gründen
geforderten Trinkwassertemperatur von höchstens 25°C auf. Besonders während der
Urlaubszeit werden ganze Kaltwasser-Steigestränge wochenlang im problematischen
Temperaturbereich zwischen 25°C
und 45°C
stagnierend betrieben. Die dazu in der Fachwelt diskutierten Problemlösungen wie
Zwangszapfungen, Stilllegung und Wiederinbetriebnahme oder Spülung der
Rohrleitungen sind alle mit zusätzlichem Wasserverbrauch
verbunden und schwer realisierbar. Schon die gleichzeitige, mehrstündige Abwesenheit
von einzeln lebenden Mietern während
der Arbeitszeit führt
bei benachbarten Warmwasserleitungen zu täglichen und nächtlichen
Temperaturüberschreitungen
im Kaltwassernetz.
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Für das Warmwassernetz
wird das Problem der Stagnation des Wassers nur bei Systemen mit Trinkwasserzirkulation
und Umwälzpumpe
vermieden. Die Auslegung des Zirkulationssystems erfolgt in Deutschland
nach dem DVGW Arbeitsblatt W 553 so, dass für mindestens 16 Stunden am
Tag eine Temperatur von 55°C
in der Warmwasserleitung im Prinzip nicht unterschritten wird.
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Das
für Warmwassersysteme
aus hygienischen und Komfort-Gründen
zusätzlich
zum Verteilsystem notwendige Zirkulationssystem hat den Nachteil
erheblicher Zirkulations-Wärmeverluste (klassische
Zirkulation im Sommer ca. 50% des Warmwasserwärmebedarfs) oder kompliziert
und verteuert das Warmwasserrohrsystem (Rohr in Rohr-Zirkulation) in erheblichem
Umfang.
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Es
gibt auch einen Nachteil der Rohr- in Rohr-Zirkulation, der in der
unerwünschten
Vergrößerung der
benetzten Oberfläche
des Warmwasser-Systems
(Biofilm) um ca. 30% besteht und in der Verstopfungsgefahr des Ringspaltes
zwischen dem inneren und äußeren Rohr
bei Kalkablagerungen besteht.
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Die
Vorbehalte, Nachteile und Kosten haben dazu geführt, dass Energiesparende Rohr-
in Rohr-Systeme in Großen
Gebäuden
kaum eingesetzt werden.
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Bei
zunehmend steigenden Energie- und Trinkwasserkosten sind aber die
Vermeidung der Stagnation im Kaltwassernetz und eine Reduzierung der
Zirkulationsverluste des Warmwassernetzes ohne Nachteile für den Komfort
und die Trinkwasserhygiene dringend erforderlich.
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Neuerdings
wird für
die Kalt- und Warmwasserverteilung zum Beispiel in Krankenhäusern ohne Verbrauchsabrechnung
in der Etage zur Vermeidung von Stagnation der Anschluss von Ringleitungen über einen
Venturi-Strömungsteiler
vorgeschlagen.
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Für große Anlagen
in denen auf die Verbrauchsabrechnung nicht verzichtet werden kann und
mit wochenlangen Benutzungspausen zu rechnen ist wird zur Vermeidung
von Stagnation für
Kaltwassersysteme sogar ein System zur automatisierten Steigestrang-Spülung mit
separaten Spülleitungen,
Strangabsperrventilen mit Stellantrieb und Auffangbehältern vorgeschlagen.
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Der
Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, Volumen, Oberflächen und
Rohrlängen
zu verringern, die Systeme zu vereinfachen und die Kosten zu senken.
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Es
wird neuerungsgemäß vorgeschlagen, die
Stagnation des Wasserflusses und die Aufheizung des Trinkwassers über 25°C dadurch
zu vermeiden, indem das Kaltwasserverteilnetz als „vermaschtes
Rohrnetz" mit oben
und unten parallel geschalteten Steigesträngen mit weitgehend gleichbleibendem
Querschnitt ausgeführt
wird. Dadurch ist sichergestellt, dass auch während der Abwesenheit von einzelnen
Verbrauchern, z.B. Mietern, im Kaltwassernetz durch die Wasserzapfung
wenigstens einer der übrigen
Verbraucher keine Stagnation eintritt. In dem „vermaschten Rohrnetz" können alle
Rohrquerschnitte in beiden Strömungsrichtungen
beaufschlagt werden, so dass bei Trinkwasserzapfungen im betroffenen
Steigestrang, sowohl der Rohrquerschnitt über dem Stockwerksanschluss
als auch der Rohrquerschnitt unter dem Stockwerksanschluss für den Zufluss
zum jeweiligen Stockwerk durchströmt wird. Damit kann bei normaler
Nutzung des Gebäudes
sowohl die Stagnation als auch die Aufheizung des Kaltwassers im
Rohrnetz auf mehr als 25°C
vermieden werden.
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Weiterhin
wird vorgeschlagen, auch das Warmwasserverteilnetz als „vermaschtes
Rohrnetz" mit oben
und unten parallel geschalteten Steigesträngen auszustatten, wodurch
auch hier, sowohl im Kaltwasserrohrnetz als auch im Warmwasserrohrnetz,
gleiche Druckverluste auftreten und somit Stagnation vermieden wird.
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Für Warmwasserverteilnetze
mit Zirkulation wird zur Kostensenkung und zum Zweck der Energieeinsparung
weiter vorgeschlagen, die Trinkwasserzirkulation zur Erreichung
der gewünschten
Mindesttemperatur im Warmwasserrohrnetz ohne zusätzliche Rohrleitungen allein
durch den Einbau einer Zirkulationspumpe (ohne Rückschlagklappe) in die Warmwasserleitung
selbst durchzuführen.
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Die
Neuerung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 Kaltwasserverteilnetz
und Warmwasserverteilnetz mit elektrischer Rohrbegleitheizung mit zentraler
Zuleitung
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2 Warmwasserverteilnetz
mit Trinkwassererwärmer
und Trinkwassermischer für
ein Mehrfamilienhaus
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3 gesteuerte
Beaufschlagung mehrerer Steigstränge
mit zirkulierendem Warmwasser
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4 Beaufschlagung
einer beliebig großen Zahl
von Steigstränge
mit zirkulierendem Warmwasser
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5 Warmwasserverteilnetz
für ein
Mehrfamilienhaus mit mehreren Steigsträngen und zirkulierendem Warmwasser
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6 Warmwasserverteilnetz
für ein
Mehrfamilienhaus mit mehreren Steigsträngen, zirkulierendem Warmwasser
und Trinkwassermischer
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7 Warmwasserverteilnetz
für Wohnungen,
Hotels, Krankenhäuser
mit Stockwerkszirkulation in Form einer Verbindungsleitung zwischen
je zwei Steigesträngen.
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In 1 ist
das Kaltwasserverteilnetz mit zentraler Kaltwasserzuleitung (9)
beispielsweise für ein
Mehrfamilienhaus mit 16 Wohnungen dargestellt.
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Das „vermaschte
Rohrnetz" hat gegenüber der
klassischen Lösung
mit unterer Verteilung ca. 35% geringeren Wasserinhalt bei gleicher
benetzter Oberflächengröße.
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Die
unteren Verteiler (7) (8) werden bei mittiger
Anordnung der Kaltwasserzuleitung (9) zum Beispiel je auf
die Hälfte
des Spitzendurchsatzes dimensioniert. Die zum Beispiel bei einer
Kaltwasserzapfung an der bezeichneten Zapfstelle (4) auftretenden Strömungen im „vermaschten
Rohrnetz" und in
der Stockwerkszuleitung (3) sind mit den Pfeilen (10)
dargestellt. Die Größenordnung
der Trinkwasser-Volumenströmung
in den einzelnen Rohrabschnitten des „vermaschten Rohrnetzes" ist von der Zapfrate
und der zufälligen
Lage der beispielsweise genutzten Zapfstelle (4) abhängig. Festzuhalten
ist aber die Tatsache, dass jede Zapfung an beliebiger Stelle des Rohrnetzes
zu einem mehr oder weniger großen Wasseraustausch
im gesamten Kaltwasserverteilnetz führt. Das heißt aber
auch, dass die Stagnation von Wasser in einem solchen „vermaschten
Rohrnetz" und die
befürchtete
Erhöhung
der Kaltwassertemperatur auf über
25°C zum
Beispiel im Wohnungsbau, Hotel der Krankenhaus praktisch nicht mehr
vorkommt, weil erfahrungsgemäß selbst
in der Nacht immer einzelne Zapfungen üblich sind.
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Die
Zeichnung nach 1 gilt auch für ein Warmwasserverteilnetz
mit zentraler Warmwasserzuleitung (9) und einer elektrischer
Rohrbegleitheizung an allen Rohren des Verteilnetzes oder an allen Steigesträngen (1).
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In 2 ist
ein Warmwasserverteilnetz für ein
Mehrfamilienhaus mit zum Beispiel 16 Wohnungen mit zentraler Trinkwassererwärmungsanlage dargestellt.
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Das
vermaschte Rohrnetz ist zum Beispiel für die Warmwasserverteilung
in einem Haus mit vier Geschossen vorgesehen und hat gegenüber der klassischen
Lösung
mit zusätzlichem
Zirkulationsnetz ca. 50% geringeren Wasserinhalt, 33% geringere
Wärmeverluste
und gegenüber
der Rohr- in Rohr-Lösung
50% kleinere benetzte Oberflächen
(Biofilm). Die untere Verteilleitung (107) nach links und rechts
und die beiden Verbindungsleitungen (108, 109)
zum Trinkwassererwärmer
(112) mit der Kaltwasserzuleitung (113) werden
zum Beispiel bei dessen mittiger Anordnung jeweils auf die Hälfte des Spitzendurchsatzes
dimensioniert.
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Die
Möglichkeit
der Temperaturregelung ist durch Einbau eines Trinkwasser-Dreiwegemischers (114)
in der Warmwasserleitung (109) gegeben. Mit Hilfe dieses
Mischers kann die Temperatur im Warmwassernetz während des Zirkulationsbetriebes
auf die aus hygienischen Gründen
erforderliche Mindesttemperatur geregelt werden.
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Die
im „vermaschten
Rohrnetz" bei Betrieb der
Zirkulationspumpe (105) im oberen Verbindungsrohr (106)
auftretenden Strömungsrichtungen
sind durch gestrichelte Pfeile (111) dargestellt. Die bei Zapfungen
auftretenden Strömungsrichtungen
im gesamten Rohrnetz sind mit den Pfeilen (110) dargestellt.
Gegenläufige
Pfeile deuten an, dass die Rohrleitungen im Rohrnetz abhängig von
den Zapfvorgängen
an den unterschiedlichen Zapfstellen (104) im gesamten
Rohrnetz in beiden Strömungsrichtungen beaufschlagt
werden können.
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Um
im Zirkulationsbetrieb und bei Zapfungen eine gleichmäßige Beaufschlagung
aller Steigestränge
(101) zu erreichen, wird die obere Verbindungsleitung (106)
und die untere Verteilleitung (107) für die Hälfte der Steigestränge nach „Tischelmann" geführt. Für Anlagen
mit mehr als 4 Steigesträngen
können zur
Einregulierung in jedem Steigestrang (101) voreinstellbare
Strangabsperrventile (115) oder an gleicher Stelle temperaturabhängig automatisch
regelnde Elemente eingesetzt werden.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur sicheren Beaufschlagung mehrerer Seigestränge (101) mit zirkulierendem
Warmwasser ist in 3 dargestellt. Hier wird die
Zirkulationspumpe (105) in eine separate Rohrleitung (116)
zwischen Trinkwassererwärmer (112)
und der unteren Verteilleitung (107) eingebaut.
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An
Stelle von Strangabsperrventilen werden in einem Teil der Steigestränge (101)
automatisch wirkende Absperrorgane (117) eingesetzt, die
im Wechsel mit dem Absperrorgan (118) zyklisch geöffnet und
geschlossen werden um beim Betrieb ohne Zapfungen abwechselnd für alle Steigestränge (101) eine
Zwangszirkulation zu erreichen.
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4 zeigt
ein Warmwasserverteilnetz für ein
Mehrfamilienhaus mit zum Beispiel fünf Steigsträngen und Trinkwasserzirkulation
durch eine separate Zirkulationsleitung (216) die oben
auf den letzten Steigestrang geführt
ist. Diese Anordnung gewährleistet
im Zirkulationsbetrieb gleiche Strömungswiderstände für alle Steigestränge (201)
und kann bis zu einer beliebig großen Zahl von Steigesträngen ausgeführt werden.
Zur Vermeidung zusätzlicher Wärmeverluste
durch die Zirkulationsleitung (216) kann hier auch eine
Rohr in Rohr-Zirkulation
ausgeführt
werden.
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5 zeigt
ein Warmwasserverteilnetz für ein
Mehrfamilienhaus mit zum Beispiel fünf Steigsträngen, Überströmventil (218) und
Trinkwasserzirkulation durch eine separate Zirkulationsleitung im
Keller die auf den letzten Steigestrang geführt ist. Diese Anordnung gewährleistet
gleiche Strömungswiderstände für alle übrigen Steigestränge und
kann bis zu einer sehr großen
Zahl von Steigesträngen ausgeführt werden.
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6 zeigt
ein Warmwasserverteilnetz wie in 4 mit zusätzlichem
Trinkwassermischer (214)
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7 zeigt
ein Warmwasserverteilnetz für Wohnungen,
Hotels, Krankenhäuser
mit Stockwerkszirkulation in Form einer Verbindungsleitung zwischen
je zwei Steigesträngen
und Trinklwassermischer 314). Die Stockwerksleitung (303)
bildet die Verbindungsleitung zwischen je zwei Steigesträngen (301)
pro Nutzungseinheit. Die separate Zirkulationsleitung (316)
im Keller ist auf den letzten Steigestrang (301) geführt. Diese
Anordnung gewährleistet
gleiche Strömungswiderstände für alle Steigestränge (301)
und Stockwerksleitungen.