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Zirkulationsleitungen

Grundlagen

Zirkulationsleitungen sind heutzutage ein wichtiger Bestandteil einer Trinkwarmwasseranlage, da sie zur Sicherstellung der Hygiene notwendig sind. Nach der Trinkwasserverordnung, die DIN 1988-200 und den technischen Merkblättern W 551 und W 553 des DVGW sind für alle Trinkwarmwasseranlagen (außer „Kleinanlagen”) Zirkulationssysteme (Leitungen, Regelarmaturen, Zirkulationspumpe) einzubauen, um die für die Bekämpfung von schädlichen Mikroorganismen (z. B. Legionellen) benötigte Soll-Wassertemperatur von 60 °C im Leitungssystem (einschließlich Auslaufarmaturen) einzuhalten.

Gesetzliche Anforderungen

Grundlagen

Legionellen sind eine unsichtbare, geruchs- und geschmacklose Gefahr. Sie entwickeln sich in einem Temperaturbereich von 20 bis 50 °C. Gefährlich werden sie aber erst, wenn sie über Wassertröpfchen oder Sprühnebel in die Lunge gelangen. Die Trinkwasserverordnung, die DIN 1988 sowie die beiden DVGW-Arbeitsblätter W551 und W553 fordern daher Maßnahmen zur Vermeidung des Legionellenwachstums für nicht zirkulierende Warmwasserleitungen. Dabei wird in Klein- und Großanlagen unterschieden.

Kleinanlagen

Kleinanlagen sind Einrichtungen in Ein- und Zweifamilienhäusern ohne Begrenzung des Inhaltes. Als Kleinanlagen gelten zusätzlich Anlagen mit Trinkwassererwärmern mit einem Inhalt ≤ 400 l und einer Anbindeleitung mit ≤ 3 l Inhalt bis zur Entnahmestelle. Eine Zirkulationsleitung wird nicht berücksichtigt (siehe Trinkwasserverordnung 2. Veränderung 2013 §3).

Großanlagen

Großanlagen sind alle Trinkwassererwärmungssyteme mit einem Inhalt > 400 l und/oder >3 l in jeder Rohrleitung zwischen dem Trinkwassererwärmer und der Entnahmestelle. Großanlagen müssen mit Zirkulationssystemen versehen werden. Alternativ oder ergänzend zur Zirkulationsleitung können Begleitheizungen eingebaut werden. Das Wasser am Austritt des Trinkwassererwärmers muss stets eine Temperatur von ≥ 60 °C einhalten. Die Wassertemperatur im System darf um nicht mehr als 5 K niedriger sein als die Wasseraustrittstemperatur am Trinkwassererwärmer.

Fazit

Eine Zirkulation ist demnach dann erforderlich, wenn zwischen der Steigleitung und der Zapfstelle die „3-Liter-Grenze“ (auch 3-Liter-Regel) überschritten ist. Eine Wohneinheit benötigt daher oft zusätzliche Steigleitungen und entsprechende Revisionsabdeckungen, um die notwendigen Zirkulationsvorschriften zu erfüllen. Vermeiden sollte man, nicht oder wenig genutzte Leitungen mit Stagnation. Wichtig ist, dass das Wasser ständig fließt!

Zirkulationssystem

Aufbau und Funktion

Ein Zirkulationssystem kann man sich als Zweirohrsystem vorstellen, bei dem parallel zur Vorlaufleitung (Warmwasserleitung) eine Rücklaufleitung (Zirkulationsleitung) geführt wird. Der Wasserinhalt dieses Rohrnetzes wird dabei im Kreislauf umgewälzt und im Wassererwärmer wieder nacherwärmt. Auf diese Weise werden die Wärmeverluste ausgeglichen, sodass auch nach längeren Entnahmepausen sofort bzw. nur mit kurzer Verzögerung warmes Wasser gezapft werden kann. Die Zirkulationsleitungen sind dazu möglichst nahe an die Entnahmestellen heranzuführen. Richtwerte für Nennweiten von Warmwasserzirkulationsleitungen bei Pumpenzirkulation sind der DIN 1988 zu entnehmen.

Fließgeschwindigkeiten

Bei der Bemessung der Rohrnennweiten für Zirkulationsleitungen sind Fließgeschwindigkeiten zwischen 0,2 und 0,5 m/sec anzunehmen. Diese Geschwindigkeiten reichen in jedem Fall für einen optimalen Wasserwechsel und den Ausgleich der in den Rohrleitungen entstehenden Wärmeverluste aus. Es ist technisch und wirtschaftlich nicht sinnvoll, größere Wassermengen als erforderlich umzuwälzen.

Zirkulationspumpe

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Quelle: www.wilo.de

Wenn eine Zirkulationsleitung vorhanden ist, dann muss auch eine Zirkulationspumpe installiert und in Betrieb sein. Eine Schwerkraftzirkulation ist nicht mehr zulässig. Das Schalten der Pumpe über Taster- oder Funksysteme werden in der Praxis kontrovers diskutiert und entsprechen nicht den technischen Vorgaben. Die Fließrichtung der Pumpe ist grundsätzlich in Richtung Trinkwassererwärmer und der Einsatz eines Rückflussverhinderers (oder zugelassene Schwerkraftbremse) ist zwingend notwendig, um eine Schwerkraftzirkulation und ein Zapfen durch die Zirkulationsleitung zu verhindern. Außerdem ist die Zirkulation einzuregulieren, damit die Fließgeschwindigkeit nicht zu hoch ist (Erosionskorrosion) und die Speicherschichtung nicht zerstört wird.

Berechnungsverfahren

Grundlagen

Je nach Anlagengröße werden in der Praxis mehrere Verfahren zur Bemessung von Zirkulationsleitungen angewendet. Grundlage für alle Bemessungsverfahren ist die Einhaltung der geltenden Regeln der Technik. Man unterscheidet das vereinfachte Berechnungsverfahren und das differenzierte Berechnungsverfahren.

Vereinfachte Berechnung

Die vereinfachte Berechnung von Zirkulationsleitungen ist nur möglich, wenn Abstriche bei der Genauigkeit in Kauf genommen werden. Dafür bietet diese Berechnungsmethode die Möglichkeit, eine relativ schnelle und einfache Berechnung von kleinen bis mittleren Anlagen vorzunehmen. Von Vorteil sind auch die freie Wahl des Temperaturgefälles, die genaue Ermittlung des Gesamtzirkulationsstromes und die ausreichend genaue Aufteilung des Zirkulationsstromes auf die einzelnen Stränge. Eine Vereinfachung ist durch den Verzicht auf die differenzierte Berechnung der Wärmeströme und der Druckverluste durch Einzelwiderstände möglich.

Differenziertes Berechnungsverfahren

Das differenzierte Berechnungsverfahren von Zirkulationsleitungen ist für jede Anlagengröße geeignet, insbesondere für die Fälle, in denen mit Hilfe der EDV die Systemparameter bemessen werden. Gegenüber dem vereinfachten Verfahren unterscheidet es sich dadurch, dass hier die Wärmeverluste und die Druckverluste differenziert ermittelt werden und somit die Voreinstellungen der Drosselventile relativ auf Grundlage der getroffenen Annahmen des Zirkulationssystems genau berechnet werden.

Folgendes Vorgehen umfasst die differenzierte Berechnung von Zirkulationsleitungen:

  • Ermittlung der Wärmeverluste der TWW-Leitungen (abhängig von der Nennweite, der Dämmung und der Raumlufttemperatur)
  • Berechnung des Förderstroms der Zirkulationspumpe
  • Berechnung der Teilströme
  • Bestimmung der Nennweiten für die Zirkulationsleitungen
  • Berechnung des Förderdrucks für die Zirkulationspumpe über die differenzierten Druckverluste des ungünstigsten Stranges
  • Wahl der Zirkulationspumpe
  • Ermittlung der Voreinstellungen für die Strangregulierventile