Temperaturschwankungen an Entnahmestellen

Objektbeschreibung

Die in Bild 1 dargestellten Messungen wurden in einem Wohnbauobjekt mit ca. 350 Wohnungen in Wien durchgeführt. Die Trinkwasserversorgung des Gebäudes erfolgt über das öffentliche Trinkwassernetz. Da der Versorgungsdruck an der Anschlussstelle nicht ausreichte, wurde im Kellergeschoss für jeden der drei Wohnblöcke je eine Druckerhöhungsanlage eingebaut. Vor jeder Druckerhöhungsanlage ist ein Druckminderventil eingebaut.

Die Druckleitungen der gesamten Anlage wurden nach ÖNORM EN 806-3 dimensioniert. Die Warmwasserversorgung erfolgt mittels eines zentralen Speicherlade-Systems für jedes Bauteil.

Die sanitäre Ausstattung der Wohnungen ist wie folgt:

Wohnungstyp 1

Waschtisch Einhandmischer

Badewanne Einhandmischer mit Wannenauslauf und Handbrause

Dusche Thermostat-Armatur mit Handbrause

Wohnungstyp 2

Waschtisch Einhandmischer

Badewanne Thermostat-Armatur mit Handbrause

Zusätzlich gibt es in jeder Wohnung eine Küche und ein WC mit UP-Spülkasten.

Bild 1 zeigt die Temperaturänderung des Mischwassers an der Handbrause bei der Badewanne bei Betätigung der beiden WCs in der Wohnung. Bei dieser Messung kam es zu einer Temperaturzunahme von 8 K.

Im gesamten Wohnobjekt wurden in acht Wohnungen an den Waschtischen, Handbrausen der Badewanne sowie Handbrausen der Duschen ca. 160 Messungen durchgeführt. Primär wurde die Temperaturänderung an der Dusche und an der Handbrause der Badewannenarmatur, bei beiden Entnahmestellen mit unterschiedlichen Brauseköpfen, gemessen. Die Temperaturänderungen wurden durch das Öffnen der Waschtischarmatur oder Betätigung des WCs in der eigenen Wohnung oder in einer angrenzenden Wohnung verursacht.

Bei den 160 Messungen kam es zu Temperaturschwankungen an den Handbrausen zwischen 0,5 und 21 K. Bei 70 % der Messungen war die Temperaturschwankung größer als 2 K. Es zeigte sich, dass vorwiegend an den Einhandmischern eine Temperaturzunahme um mehr als 2 K aufgetreten ist. Bei Thermostatarmaturen wurden nur vereinzelt Schwankungen über 2 K gemessen.

In der Folge stellte sich die Frage, welche maximale Temperaturschwankung überhaupt zulässig ist, bzw. welche Vorgaben dazu ggf. existieren. Die Durchsicht internationaler und nationaler Vorschriften ergab folgendes Bild.

Normative und sonstige Vorgaben

Temperatur

Die ÖNORM/DIN EN 806-2, Ausgabe: 2005-07-01, Abschnitt 3.2.1 besagt, dass

„ …an allen Entnahmestellen die Gebrauchstauglichkeit unter Berücksichtigung des Drucks, der Entnahmearmaturendurchflüsse, der Wassertemperatur und der Nutzung des Gebäudes ermöglicht wird; …“

und weiter

„ …keine Gefahr oder Unannehmlichkeiten für Personen und Haustiere noch eine Gefährdung des Gebäudes oder seines Inhaltes gegeben ist; …“ /1/

Aus diesen beiden Punkten in der Norm kann abgeleitet werden, dass bei einer bestimmungsgemäßen Nutzung der Entnahmestelle, ohne Gefahr oder Unannehmlichkeiten für Personen, eine bestimmte Wassertemperatur vorliegen muss.

In der ÖNORM/DIN EN 806-2, Ausgabe: 2005-07-01, Abschnitt 9.3.1 heißt es:

„Bei der Verwendung von mechanischen (nicht thermostatischen) Mischbatterien besteht die Gefahr von Verbrühungen, wenn das Wasser aus verschiedenen Systemen kommt und eine der Versorgungen ausfällt oder der Druck in der Kaltwasserleitung abgesenkt wird .“ /1/

In diesem Abschnitt der Europanorm wird auf das Auftreten von Temperaturschwankungen hingewiesen, wenn es u. a. zu einem Druckabfall in der Kaltwasserleitung kommt.

Das SVGW-Merkblatt W10 006 d Ausgabe Februar 2016, Abschnitt 11 begrenzt die Temperaturschwankung auf ein akzeptables Maß von kleiner 2 K:

„Durch den Abgleich der Zulaufmenge vor oder in der Mischarmatur auf die Abflussmenge im Auslauf lässt sich der Staudruck nach dem Mischorgan reduzieren. Die Folge sind ein geringerer Querfluss von warm nach kalt und umgekehrt sowie eine Minimierung der Temperaturschwankung auf ein akzeptables Maß von < 2 Kelvin.“ /2/

Das SVGW-Merkblatt begrenzt die Temperaturschwankung auf ein akzeptables Maß von < 2 Kelvin.

Die Europäische Norm ÖNORM/DIN EN 1111, Ausgabe: 2017-09-15, behandelt u. a. allgemeine Anforderungen an Konstruktion, Verhalten und an Werkstoffe für thermostatische Mischer. Sie legt bei einer Schwankung des Eingangsdrucks oder der Eingangstemperatur, in Abhängigkeit einer zeitlichen Vorgabe, eine maximale Zunahme der Auslauftemperatur von 2 K fest /3/.

Die VDI 6003, Ausgabe: 2012-10, listet für einzelnen Entnahmearmaturen die maximale Temperaturabweichung während der Nutzung in Abhängigkeit von drei Anforderungsstufen an (Stufe I: ± 5 K, Stufe II: ± 4 K, Stufe III: ± 2 K). Anzumerken ist, dass diese Richtlinie bzw. die Anforderungsstufe zu vereinbaren sind /4/.

In Sanitärtechnik von Hugo Feurich, Band 2, 10. erweiterte Auflage, Krammer Verlag Düsseldorf AG, 2011, heißt es:

„Der zulässige Temperaturbereich der Wasseranwendung beim Duschbad wird von der Empfindlichkeit des Badenden bestimmt. Derselbe liegt nach der durch Versuche festgestellten Empfindlichkeits-Skala zwischen 10 und 40 °C. Die Grenzen sind dadurch gegeben, dass Temperaturen bis 7 °C ein mit Schmerz verbundenes Kältegefühl und ab 40 °C ein mit Schmerz verbundenes Wärmegefühl verursacht. Darüber hinaus besteht bei Temperaturen über 50 bis 60 °C Verbrühungsgefahr.“

und weiter:

„Thermostat-Mischbatterien tasten mit thermisch reagierenden Elementen das nach einem Doppelventilsystem aus dem Kalt- und Warmwasserzulauf entstehende Mischwasser ab. Die Mischwassertemperatur wird allgemein mit einer Genauigkeit von ± 1 °C auch bei Druck- und Temperaturschwankungen in den Zuflussleitungen eingehalten.“ /5/

Zusammenfassend kann aus den normativen Angaben, sonstigen Richtlinien und der einschlägigen Fachliteratur ein akzeptables Maß für eine Temperaturzunahme an den Entnahmestellen von 2 K abgeleitet werden.

Durchflüsse

Neben den Vorgaben für die Temperatur sind in Zusammenhang mit den Temperaturschwankungen auch die Vorgaben für Durchflüsse an den Entnahmestellen zu berücksichtigen.

Die Europäische Norm ÖNORM/DIN EN 817, Ausgabe: 2008-12-01 legt u. a. den Durchfluss für eine Badewannenarmatur mit 20,0 l/min am Wanneneinlauf und 12,0 l/min an der Handbrause fest.

Um die Vorgabe bei einer Badewannenarmatur mit Handbrause erfüllen zu können, 20,0 l/min für den Wanneneinlauf bzw. max. 12 l/min an der Handbrause (siehe Tabelle 1), muss der Volumenstrom mittels Drossel in der Handbrause auf den maximalen Durchfluss reduziert werden.

Ursachen für Temperaturschwankungen

Ursachen für Temperaturschwankungen an Entnahmestellen sind vielfältig und können sein:

• das Öffnen und Schließen von Entnahmestellen
• kurzeitige Druckschwankungen im öffentlichen Versorgungsnetz
• falsch dimensionierte oder nicht eingestellte Druckminderventile
• mangelhaft dimensionierte Druckerhöhungsanlagen
• mangelhafte Druckleitungsdimensionierung
• erwärmtes Kaltwasser
• Fehlfunktion des thermostatischen Mischers.

Öffnen und Schließen von Entnahmestellen

Der häufigste Grund für eine Temperaturschwankung an einer Entnahmestelle sind die Veränderungen des hydrostatischen Drucks im System.

Beim Öffnen einer Mischarmatur, z. B. einer Dusche, stellt sich ein hydrostatischer Druck in der Kalt- und Warmwasserzuleitung ein und somit, in Abhängigkeit der Stellung des Mischers, eine Mischwassertemperatur (siehe Bild 3). Der hydrostatische Druck in der PWC- und PWH-Leitung wird an der Brause auf atmosphärischen Druck abgebaut. Je größer die Druckdifferenz zwischen dem hydrostatischen Druck in der Leitung und dem atmosphärischen Druck ist, desto größer ist der Volumenstrom in der PWC- und PWH-Leitung.

Wird nun während des Duschvorgangs in einer Verteilleitung eine zusätzliche Kaltwasserentnahmestelle geöffnet, so sinkt aufgrund des erhöhten Druckverlustes in der Verteilleitung der hydrostatische Druck am T-Stück in der Kaltwasserleitung. Dadurch ergibt sich eine geringere Druckdifferenz zwischen dem hydrostatischen Druck am T-Stück und dem atmosphärischen Druck (siehe Bild 4), was zur Folge hat, dass der Volumenstrom in der Einzelzuleitung PWC zur Mischarmatur abnimmt. Da der atmosphärische Druck und somit die Druckdifferenz in der Warmwasserleitung sich nicht ändern, ändert sich auch der Warmwasservolumenstrom zur Mischarmatur nicht. Dies bewirkt einen Anstieg der Mischwassertemperatur.

Je geringer der Druckverlust in der zusätzlich geöffneten Kaltwasserentnahmestelle ist, desto größer ist die Temperaturzunahme an der Mischarmatur.

Der Einbau eines hydraulischen Widerstandes in der Mischwasserleitung, z. B. einer Drossel in der Handbrause bei Badewannenarmaturen oder eines Perlators mit geringem Durchfluss (5 l/min) in einer Waschtischarmatur, erhöht die Temperaturschwankung.

Die Anzahl der gleichzeitig geöffneten Kaltwasserentnahmestellen hat ebenfalls einen Einfluss auf die Höhe der Temperaturschwankung. Je mehr Kaltwasserentnahmestellen vor der Mischarmatur geöffnet werden, desto geringer wird der hydrostatische Druck am T-Stück und somit der Volumenstrom in der Einzelzuleitung PWC zur Mischarmatur.

Kurzeitige Druckschwankungen im öffentlichen Versorgungsnetz

Sie können dann zu merkbaren Temperaturschwankungen an zMischarmaturen führen, wenn die Druckschwankung im Kalt- und Warmwasserverteilsystem nicht synchron sind. Dies ist dann der Fall, wenn die Leistungslängen des Kalt- und Warmwasserverteilsystems vom Abgang zur Warmwasserbereitung bis zur Entnahmestelle große Unterschiede aufweisen.

Falsch dimensionierte oder nicht eingestellte Druckminderventile

Zu groß ausgelegte oder nicht eingestellte Druckminderventile können aufgrund ihrer Regelcharakteristik Druckschwankungen am Ausgang verursachen. Merkbare Temperaturschwankungen ergeben sich dann aus demselben Umstand wie bei den kurzzeitigen Druckschwankungen im öffentlichen Versorgungsnetz.

Mangelhaft dimensionierte Druckerhöhungsanlagen

Druckerhöhungsanlagen, die bei bestimmten Betriebszuständen einen geringen Wirkungsgrad haben, bewirken eine merkliche Temperaturerhöhung des Kaltwassers. In einem konkreten Fall wurde eine Erwärmung des Kaltwassers um bis zu 20 K gemessen. Diese Erwärmung des Kaltwassers führt zu einer Schwankung der Temperatur an Mischwasserentnahmestellen.

Mangelhafte Druckleitungsdimensionierung

Insbesondere bei einer Überdimensionierung der Einzelzuleitungen zu reinen Kaltwasserentnahmestellen, wie z. B. WC, erhöht sich die Temperaturschwankung merklich. Die Auswirkungen von zu groß oder zu klein dimensionierten Verteilleitungen auf Temperaturschwankungen kann aus heutiger Sicht noch nicht gesagt werden. Diesbezüglich sind noch weitere Untersuchungen erforderlich.

Erwärmtes Kaltwasser

Die Erwärmung des Kaltwassers in bestimmten Leitungsabschnitten kann ebenfalls für eine Zunahme der Temperatur an Mischwasserentnahmestellen verantwortlich gemacht werden.

Fehlfunktion des thermostatischen Mischers

Selten aber doch kann auch die Fehlfunktion des thermostatischen Mischers die Ursache für eine unzulässige Temperaturschwankung sein.

Lösungsvorschläge

Grundsätzlich kann gesagt werden, dass Temperaturschwankungen nicht zur Gänze verhindert werden, sondern nur auf ein annehmbares Maß reduziert werden können. Aus heutiger Sicht stehen dazu nachfolgende Möglichkeiten zur Verfügung.

Maßnahmen an den Armaturen

Bei Mischarmaturen, wie bei einer Dusche oder einem Waschtisch, darf die Drosselung des Volumenstroms nicht im Mischwasserkanal, sondern sie muss im Kalt- und Warmwasserkanal der Armatur erfolgen. Dafür bieten Armaturenhersteller spezielle Kartuschen an. Eine weitere Möglichkeit bei Waschtischarmaturen ist der Einbau von je einer Drossel unmittelbar am PWC- und PWH-Eckventil. Wichtig dabei ist, dass der eingebaute Perlator durch den vom Hersteller mitgelieferten Perlator ersetzt wird.

Bei Badewannenarmaturen mit Handbrause sind die oben genannten Maßnahmen nicht möglich. Hier kann nur der Ausbau der Drossel in der Handbrause zu einer Minderung der Temperaturschwankung führen. Dies bewirkt aber eine Vergrößerung des Auslaufvolumenstroms.

Um im Nachhinein auf die obigen Maßnahmen bei Duschen und Badewannen verzichten zu können, sollte schon in der Planungsphase der Einbau von thermostatischen Mischern in Betracht gezogen werden.

Kaltwasserentnahmestellen

Eine Minderung der Temperaturschwankung kann auch das Drosseln des Volumenstroms zum WC am Spülkastenfüllventil erzielt werden.

Einbau von Druckminderventilen

Die Reduktion des hydrostatischen Drucks im Warmwassersystem durch den Einbau eines Druckminderventils in der Zuleitung zur Warmwasserbereitung um 0,5 bar bewirkt ebenso eine Minderung der Temperaturschwankungen. Der Einbau eines Druckminderventils in der PWC- und PWH-Leitung unmittelbar vor Reihenduschanlagen oder vor einer Wohnung verhindert Druckschwankungen im nachfolgenden System.

Die Verbreitung von Druckschwankungen aus dem öffentlichenVersorgungssystem in den Verbrauchsleitungen im Gebäude kann durch ein Druckminderventil an der Wasserzählerübergabestation verhindert werden.

Sonstige Maßnahmen

Wie oben angeführt können nicht nur Änderungen des Druckes in den Verbrauchsleitungen, sondern auch erwärmtes Kaltwasser, entweder durch eine ungünstige Leitungsführung oder eine falsch ausgelegte Druckerhöhungsanlage, für Temperaturschwankungen verantwortlich gemacht werden. Bei der Leitungsführung von PWC-Leitungen ist deshalb darauf zu achten, dass es zu keiner übermäßigen Erwärmung kommt. Des Weiteren muss die Auslegung der Druckerhöhungsanlage so erfolgen, dass sie in jedem Betriebszustand einen bestmöglichen Wirkungsgrad hat.

Fazit

Die Ursachen für Temperaturschwankungen an Entnahmestellen sind veränderliche Druckverhältnisse und erwärmtes Kaltwasser im Leitungssystem. Massiv verstärkt werden die Temperaturschwankungen durch das Drosseln des Entnahmevolumenstroms in der Mischwasserleitung durch Perlatoren oder Drosseln.

Es ist nicht nur der Planer und der Ausführende für diese Schwankungen verantwortlich zu machen, sondern in gewisser Weise auch die Armaturenhersteller. Sie sind aufgefordert, entsprechende Produkte bereitzustellen, die den heutigen Ansprüchen gerecht werden. Teilweise haben Produzenten von Armaturen das Problem schon erkannt und bieten diesbezüglich Lösungen an.

Literaturhinweise

• /1/ ÖNORM/DIN EN 806-2, Ausgabe: 2005-07-01, Technische Regeln
für Trinkwasser-Installationen Teil 2: Planung

• /2/ SVGW-Merkblatt W10 006 d Ausgabe Februar 2016, Merkblatt Druck- und Temperaturschwankungen

• /3/ ÖNORM/DIN EN 1111, Ausgabe: 2017-09-15, Sanitärarmaturen – 
Thermostatische Mischer (PN 10) – Allgemeine technische Spezifikation

• /4/ VDI 6003, Ausgabe: 2012-10, Trinkwassererwärmungsanlagen, Komfortkriterien und Anforderungsstufen für Planung, Bewertung und Einsatz

• /5/ Sanitärtechnik von Hugo Feurich, Band 2, 10. erweiterte Auflage, Krammer Verlag Düsseldorf AG, 2011, Seite 3–66, Seite 3–82

• /6/ Datenblatt, wohnfonds_wien fonds für wohnbau und stadterneuerung, A-1082 Lenaugasse 10, http://www.wohnfonds.wien.at/website/article/nav/166, Zugriff 16. 04. 2020

• /7/ ÖNORM/DIN EN 817, Ausgabe: 2008-12-01, Sanitärarmaturen – 
Mechanisch einstellbare Mischer (PN 10) – Allgemeine technische Spezifikation