Trinkwasseraufbereitung

Legionellen sind wärmeliebende Bakterien die im Trinkwasser vorkommen und als natürlicher Bestandteil anzusehen sind. Sie kommen durch die Trinkwasserleitung in die Hausinstallation, und bei Temperaturen zwischen 30°C und 40°C, sowie im s.g. toten oder stagnierenden Wasser und in inkrustierten Rohrinnenflächen, wird das Wachstum der Legionellen begünstigt.

Im kalten Wasser vermehren sich die Legionellen nicht, sterben aber auch nicht ab. Eine Infektion kann durch Einatmen von Wassertröpfchen in denen Legionellen enthalten sind, wie sie beim Duschen entstehen, auftreten. Der Krankheitsverlauf beim Menschen ist vergleichbar mit einer schweren Lungenentzündung und wird begleitet von hohem Fieber, Schüttelfrost, Kopf- und Bauchschmerzen, sowie Durchfall. Wird die Krankheit mit einer gewöhnlichen Grippe verwechselt, kann sich die Erkrankung auf den ganzen Körper ausbreiten und zum Tode des Patienten führen.

Diese gefährliche Erkrankung wird auch Legionärskrankheit genannt, weil sie erstmals im Jahre 1976 bei einem Veteranentreffen in einem Hotel in Philadelphia auftrat. Bis dahin war diese Krankheit unbekannt. Besonders gefährdet sind Personen mit einem schwachen Immunsystem (z.B. AIDS), Raucher und Diabetespatienten oder auch Lungenkranke. Außerdem sind ältere Menschen gefährdet. Es wird vermutet, dass in Deutschland jährlich ca. 6.000 - 10.000 Menschen an der Legionärskrankheit erkranken. Die Todesrate beträgt annähernd 10%. Eine Übertragung von Mensch zu Mensch ist noch nicht bekannt.

Legionellen werden ab einer Temperatur von 60° Celsius (besser 70°) im Trinkwarmwasser (TWW) abgetötet. Besonders sind öffentliche Anlagen, wie z.B. Hotels, Schwimmbäder und Schulen in letzter Zeit in Misskredit geraten. Selbst ein großes Luxushotel in Berlin wurde 2007 nicht verschont. Jedoch werden diese Gefahren meistens schnell erkannt und die Rohrleitungen werden desinfiziert und mit heißem Wasser gespült. Das Bewustsein für diese Gefahr ist gestiegen. Erkrankungen durch Legionellen im Trinkwarmwassernetz wurden nachgewiesen. Ursachen sind zum Beispiel ein gestiegenes Energiekosten- und Umweltbewusstsein.

So wurde die Trinkwarmwasser-Temperatur auf 60° Celsius begrenzt, wodurch bei Unterschreitung das Wachstum der Legionellen sich erhöht. Durch Verlängerung des TWW-Netzes, Vergrößerung von Speichern, und Ausweitung der Zapfstellen erhöht sich die Gefahr von totem Wasser. Bei einer größeren Zerstäubungseinstellung von Duschköpfen kommt es zu einer idealen Wassertröpfchenbildung, auch Aerosolbildung genannt.

Kritisch sind auch solarthermisch betriebene Trinkwassererwärmer (TE) mit niedriger Speichertemperatur. In südlichen Ländern wie z.B. Spanien können durch hohe Temperaturen im Sommer auch Kaltwasserleitungen auf kritische Werte erwärmt werden.

Die Trinkwasserverordnung 2001 (TrinkwV) verpflichtet Planer, Hersteller und Betreiber von Trinkwarmwasseranlagen, dass diese keine unzulässige Anreicherung der Legionellen enthält. Es müssen DVGW Arbeitsblätter ( W551) und andere technische Maßnahmen zur Bekämpfung der Legionellen aufmerksam bei Planung, Errichtung, Sanierung und Betrieb beachtet werden.

Für eine Wärmepumpe mit Trinkwarmwassererzeugung stellt das eine besondere technische Herausforderung dar. Bei einer Fussbodenheizung kann man mit einer zweiten kleinen Wärmepumpe, die ihre Quelle aus dem Heizungswasser entnimmt, die erforderliche Trinkwarmwassertemperatur von zeitweise 70°C kostengünstig erreichen. Im Winter beträgt die Quellentemperatur 30°C, im Sommer ca. 20°C.

Studien haben ergeben, dass es einen deutlichen Zusammenhang zwischen dem Inhalt des Trinkwarmwassererzeugers (TE) und dem Auftreten von Legionellen im Verteilnetz gibt. Man unterscheidet zwischen Klein- und Großanlagen. Zu den Kleinanlagen gehören alle Trinkwarmwassererzeuger TE bis max. 400 Liter. In Kleinanlagen dürfen vom Speicher bis zur Zapfstelle in Rohrleitungen nicht mehr als 3 Liter Wasserinhalt vorhanden sein. Naheliegend ist auch die Wasserqualität durch Zirkulation zu verbessern, weil dadurch die Vermehrung der Legionellen stark vermindert wird. Das alles kostet jedoch zusätzlichen Energieverbrauch.

Hygienische Trinkwarmwasseraufbereitung durch hydraulische Entkopplung zwischen Heiz-und Kesselkreis ( Durchlauferhitzerprinzip) sind zu empfehlen. Darüber hinaus sind ausreichend große Wartungs- und Reinigungsöffnungen für Speicher-TE vorgeschrieben.

Mischzonen beim Kaltwassereinlauf in den TE müssen vermieden werden. Kaltwasserleitungen sollen nicht mit Heizungsrohrleitungen unisoliert parallel verlegt werden. Das Kaltwasser darf sich nicht durch Heizungsrohre erwärmen. Das kann man manchmal bei schlampig ausgeführten Arbeiten bei einer parallelen Verlegung von Fussbodenheizungs- und nicht isolierten Kaltwasserleitungen bei Neubauten beobachten. Das Kaltwasser würde sich in solchen Fällen auf 35°C erwärmen, was dem Wachstum der Legionellen sehr entgegen kommt. Später verdeckt der Estrich alles.

Trinkwarmwasseraufbereitungsanlagen sind heutzutage in einem Haus nicht mehr wegzudenken. Vor ca. 100 Jahren wurde das Wannenbad wieder in den Haushalten eingeführt, jedoch konnten sich das nur wohlhabende Familien leisten. In den zwei Jahrhunderten zuvor, galt Baden als ungesund, wahrscheinlich wegen der Verbreitung teils verheerender Krankheiten. Heute ist es jeder gewohnt ständig kaltes und warmes Trinkwasser jederzeit zur Verfügung zu haben, sei es zum Händewaschen, Baden, Duschen oder zum Kochen. Da man Wasser noch für andere Zwecke (Wäschewaschen und Putzen) braucht, kann man von einem Wasserverbrauch von ca. 120 Liter pro Tag und Person ausgehen. Davon müssen ca. 50 Liter in einer Anlage für Trinkwarmwasser hygienisch einwandfrei aufbereitet werden.

Bekannt sind die altbekannten elektrischen Durchlauferhitzer, die schnell und unkompliziert zu installieren sind. In der Nähe der Zapfstelle angebracht, z.B. unter einem Waschtisch, liefern sie in kürzester Zeit warmes Trinkwasser in der gewünschten Temperatur. Für die Aufbereitung für mehrere Zapfstellen und Badewannen oder Duschen müsste man einen zentralen Durchlauferhitzer installieren. Die Anschaffungs- und Montagekosten sind zwar preiswert, jedoch sind die Betriebskosten bei den gestiegenen Energiepreisen sehr hoch. Bei einem zentralen Durchlauferhitzer ist immer eine Wartezeit nötig, bis das auf die gewünschte Temperatur aufbereitete Trinkwarmwasser an der Zapfstelle angelangt ist. Durch diesen unvermeidlichen Vorgang, wird sinnlos kostbares Trinkwasser verbraucht. Zusätzlich kühlt nach dem Gebrauch, warmes Wasser in der mehr oder weniger langen Zuleitung wieder aus. Ein Durchlauferhitzer der für eine zentrale Warmwasserversorgung eingesetzt wird erzeugt mit ca. 22 kW Stromverbrauch hohe Betriebskosten und daher auch eine negative Umweltbilanz. Eigentlich sollten zentrale elektrische Durchlauferhitzer nicht mehr installiert werden. Ausnahmen bilden vielleicht Schwimmbäder, wo ein gleich bleibender Warmwasserfluss notwendig ist.

Übrings kann in manchen Gebäuden mit veralteten Fehlinstallationen es geschehen, das die Wartezeit auf warmes Trinkwasser mehrere Minuten braucht. Solche Anlagen waren schon früher und heute erst recht, untragbar.

In den letzten Jahrzehnten haben sich die Badegewohnheiten kaum geändert. Weil heute die Häuser besser isoliert sind, hat der Anteil der Energie, die für die Trinkwarmwassererzeugung erzeugt werden muss, im Anteil zum gesamten Wärmebedarf des Hauses erhöht. Bei modernen Passivenergiehäusern übersteigt der Energiebedarf für die Trinkwarmwassererzeugung, den des übrigen Wärmebedarfs. Aus diesem Grund wird auch die Anschaffung von thermischen Solaranlagen immer interessanter, denn Trinkwarmwasser wird auch in der warmen Jahreszeit gebraucht.

Bei einem Speicher-Trinkwassererwärmer (kurz TE genannt) wird das Trinkwasser vor dem Gebrauch erwärmt und dauernd bereitgehalten. Bei elektrischen Geräten werden 2 bis 6 kW benötigt, also wesentlich weniger als bei elektrischen Durchlauferhitzern. Die Aufheizung des Speichers kann sogar während der Nachtstunden mit kleiner Heizleistung stattfinden.

Nur ein Speicher kann Bedarfsspitzen an Trinkwarmwasser ausgleichen, jedoch kann er nur eine bestimmte Menge an Trinkwarmwasser bevorratet werden. Ist der Speicher leer, so dauert es seine Zeit bis der Speicher wieder voll ist. Ein Durchlauferhitzer wiederum kann theoretisch unbegrenzt warmes Wasser liefern, bei gleichzeitiger Entnahme an mehreren Zapfstellen sinkt die Wassertemperatur durch eine Änderung des Fließdrucks. In diesem Fall sinkt die gewünschte Temperatur ab, was beim Duschen unangenehm ist. So haben unterschiedliche Systeme immer Vor- und Nachteile. Bei Durchlauferhitzer ist die Gefahr der Legionellenvermehrung sehr gering, dagegen steigt bei stagnierendem Wasser in einem Speicher die Gefahr an.

In den Zeiten, wo die Energie noch sehr preiswert war, waren Boiler im Einsatz. Im Gegensatz zum Speicher hat ein Boiler keine Wärmedämmung. In Berlin gab es früher die Badeöfen mit einem schlanken hohen Kupferkessel, die mit einigen Kohle-Briketts vor dem Baden beheizt wurden.

Der Wasserinhalt eines Badeofens reichte für eine Badewanne voller warmes Wasser. Später wurde so ein Badeofen mit einer Art großen elektrischen Tauchsieder ausgestattet. Dadurch wurde der Komfort deutlich erhöht. Heute sind wegen fehlender Wärmedämmung, hohen Strompreisen und anderen Gründen diese Badeöfen aus der Mode gekommen. Als diese Badeöfen ausgemustert wurden, kam so ein Exemplar, umfunktioniert als Dusche auf einem Campingplatz zum Einsatz. Der Kupferkessel wurde mit schwarzer Farbe lackiert. Bei schönem Wetter im Sommer wurde durch die Sonne im Kupferkessel das Wasser erhitzt. Das war ein Vorläufer einer thermischen Solaranlage.

Der oft verwendete Begriff Brauchwasser ist zu allgemein und für Trinkwarmwasser nicht korrekt. Brauchwasser hat unterschiedliche Güteklassen und dient u.a. auch für Landwirtschaft und Industrie.

Eine moderne Trinkwarmwasseraufbereitung ist der Speicher-Trinkwassererwärmer (Speicher-TE) mit einem Pumpenladesystem. Bei diesem System befindet sich der Wärmetauscher extern neben den Speicher. Die Speicherladepumpe ermöglicht es, den Speicher von oben nach unten aufzuladen oder zu schichten. Bei einer Schichtung werden Kalt- und Warmwasserzonen nicht vermischt. Durch diese Technik sind hohe Spitzenentnahmen möglich, da das warme Wasser oben ist und dort auch der Ablauf für das warme Trinkwasser montiert wird. Nach der Entnahme steht die Wärmetauscherleistung sofort zu weiteren Verfügung. Im externen Wärmetauscher (Plattenwärmetauscher) wird das kalte Trinkwasser erwärmt, und von oben in den Schichtenspeicher geladen.

Schichtenspeicher besitzen eine hohe schlanke Bauform. Um eine Vermischung von Kalt- und Warmwasser zu vermeiden, geschieht dies mit einer geringen Strömungsgeschwindigkeit. Am Wasserzulauf und an bestimmten Stellen im Innern des Schichtenspeichers sind Prall- und Zwischenbleche montiert, die eine Verwirbelung und somit Zerstörung der Temperaturschichten verhindern sollen. Durch diesen Aufbau wird ein hoher Nutzungsgrad und ein hohes Maß an Warmwasserkomfort erreicht. Heizungssysteme die mit niedrigen Rücklauftemperaturen arbeiten sind für diese Technik optimal geeignet. Dazu gehören Brennwertkessel, Sonnenkollektoren, Wärmepumpen und Fernwärmesysteme. Die Planung für diese Trinkwarmwassererzeugung erfordert eine umsichtige Planung und muss mit der geplanten oder bestehenden Heizungsanlage bestmöglich zusammenarbeiten. Angestrebt wird ein möglichst energiesparender Betrieb.

Bei Wärmepumpen müssen Wärmetauscher und das Speicherladesystem gut aufeinander abgestimmt werden, sonst kommt es zu unerwünschten Taktungen, die die Lebenszeit des Kompressors in der Wärmepumpe erheblich vermindert. Werden Fehler in der Anlagenmechanik gemacht, kann die Schichtung im Speicher zerstört werden. Es entsteht möglicherweise eine Durchmischung was zu problematischen Temperaturen und hygienischen Problemen führt.

Neue Heiztechnologien wie Solarsysteme, BHKWs, Wärmepumpen und Holzfeuerungen benötigen müssen das Heizungswasser speichern, da die Wärmerzeugung nicht gleichmäßig über die Nutzungszeit verteilt ist. Diese Heizungs- oder Pufferspeicher können bivalent betrieben werden. Bivalent bedeutet als Kombinationsspeicher für Heiz- und Trinkwarmwasser. Da Heizungs- und Trinkwarmwasser natürlich nicht vermischt werden dürfen, ist in dem Kombispeicher entweder ein zweiter innenliegender Tank, oder ein Wärmetauscher nach dem Durchlauferhitzerprinzip eingebaut. Damit erreicht man eine hygienische Trinkwarmwasseraufbereitung und die zusätzliche Pufferung des Heizungswassers.

Es ist möglich in diesen Kombispeichern einen elektrischen Heizeinsatz zu montieren, der Ausfallzeiten oder eine Spitzenlast abdecken kann. Ferner kann man an einen Kombispeicher mehrere Wärmeerzeuger anschließen, wie z.B. eine Solaranlage, eine Wärmepumpe und einen Holzkessel. So kann die thermische Solaranlage im Sommer überwiegend den Trinkwarmwasserbedarf abdecken, und zusätzlich an kühlen Sommerabenden direkt zu Raumheizung genutzt werden. Die Heizkreisvorlauftemperatur liegt an solchen Tagen auch bei einer Radiatorenheizung unter der Warmwasserbereitschaftstemperatur.

Die Wärmepumpe sorgt in der Heizperiode für Trinkwarmwasser und Heizung des Gebäudes. An den wenigen knackig eiskalten Tagen im Jahr, kann man je nach Gebäudedämmung mit der Holzheizung zuheizen, um eine Spitzenlast abzudecken. Da die Leistung eines Holzkessels durch ordentliche Feuerung zu groß sein kann wird die Energie im Kombispeicher gepuffert. Der Pufferspeicher oder auch Laufzeitspeicher vermindert den Schadstoffaustausch bei Holzheizungen. Bei Stillstand kann der Kessel langsam auskühlen. Bei großen Anlagen mit vielen Verbrauchern ist es möglich durch Parallelschaltung eine Kapazitätserweiterung vorzunehmen. Die Parallelschaltung ermöglicht es, ein größeres Speichervolumen bei begrenzten Zugangsverhältnissen. Bei der Montage der Verbindungsleitungen für Kessel- und Heizkreise sollte auf einen nach unten siphonierten Anschluss geachtet werden. Ferner müssen alle Anschlussleitungen gut isoliert werden.

In letzter Zeit kommen s.g. Latentwärmespeicher auf dem Markt. Im normalen Speicher liegt besteht das Speichermedium aus Wasser. Der Latentwärmespeicher arbeitet teilweise mit Paraffinen. Bei der Aggregatsänderung des flüssigen Stoffes in die feste Form wird eine beträchtliche Energiemenge freigesetzt.