-
Stand der Technik
-
Zur schnellen Bereitstellung von warmem Trinkwasser in größeren Gebäuden sind bereits verschiedene Lösungsverfahren bekannt. So wird mit Hilfe von elektrischen Heizbändern oder der so genannten klassischen Zirkulation das Wasser in den Warmwasserrohren auf heißer Temperatur gehalten. Des Weiteren sind Systeme bekannt, welche ein Stagnieren des Leitungswassers verhindern, indem diese den Wasserinhalt der Kalt- und Warmwasserrohre (Z.B. innerhalb von Wohnungen) abfließen lassen. Dazu wird in zyklischen Zeitabständen mit Hilfe von Hygienespülern oder durch berührungslose Mischbatterien der Leitungsinhalt von Warm- und Kaltwasserleitungen über eine Abflussleitung abgeführt, um eine gefährliche Vermehrung von Keimen oder Legionellen zu verhindern.
-
Problemstellung
-
Stehendes Wasser in Trinkwasserleitungen stellt in mehrfacher Hinsicht ein Problem dar. Neben der langen Wartezeit bis zum Erhalt heißen Wassers droht bei längerem Nichtzapfen auch eine Vermehrung von Keimen und Legionellen. In größeren Gebäuden wird daher häufig die sogenannte klassische Zirkulation eingesetzt. Damit wird heißes Wasser am Ende der Warmwasserleitung 1 über eine sogenannte Zirkulationsleitung 2 wieder zum zentralen Trinkwasserspeicher 6 zurückgeführt. Dieser Zirkulationskreislauf löst die bestehenden Probleme jedoch nur teilweise, da zum einen nur das Wasser in der Warmwasser-Steigleitung 1, nicht aber der Kaltwasser-Steigleitung 3 ausgetauscht wird. Außerdem endet die klassische Zirkulation am Wohnungseingang vor den hier typischerweise installierten Wasserzählern 5, da die Zirkulation wegen der großen Umwälzmengen nicht durch die Wasserzähler geführt werden kann. Sämtliche Wasserleitungen 28, 29 innerhalb der jeweiligen Wohnungen 16 enthalten daher stagnierendes Wasser.
-
Ein Regelmäßiger Wasseraustausch der Wasserleitungen, insbesondere innerhalb der jeweiligen Wohnungen ist jedoch von großer Bedeutung, da diese Leitungen teilweise nur in unregelmäßigen Zeitabständen benutzt werden.
-
Zur Lösung dieses Problems sind daher so genannte Hygienespüler bekannt, welche in zyklischen Zeitabständen das gesamte Leitungswasser der Warm- und Kaltwasserleitungen mit Hilfe von Magnetventilen in den Abfluss leiten. Diese Hygienespüler werden am Ende eines jeden Leitungsstrangs der Warm- und Kaltwasserleitung installiert. Dieses Verfahren ist jedoch sowohl in der Anschaffung als auch im Unterhalt teuer, da hierfür verschiedene Anschlussleitungen (Kaltwasser, Warmwarm, Abwasser, Stromversorgung) bereitgestellt werden müssen. Dadurch ist ein nachträglicher Einbau in bestehenden Gebäuden kaum möglich. Das zyklische Ablassen von Warm- und Kaltwasser führt außerdem zu hohen Betriebskosten hinsichtlich Wärme- und Wasserverbrauch.
-
Auch sind berührungslose Mischbatterien bekannt, welche ebenfalls bei längerem Nichtzapfen in zyklischen Zeitabständen das Leitungswasser der jeweiligen Warm- und Kaltwasserleitung durch Öffnen des Wasserhahns in den Abfluss leiten. Jedoch verursacht auch diese Lösung hohe Betriebskosten hinsichtlich Wärme- und Wasserverbrauch.
-
Eine weitere bekannte Lösung bildet das Zirkulieren des Wassers von der Warmwasserleitung über die Kaltwasserleitung wieder zurück zum zentralen Warmwasserspeicher. Mit Hilfe eines thermostatisch gesteuerten Ventils wird hierbei an der letzten Zapfstelle (am Ende des Leitungsstrangs) auf eine Entnahmetemperatur von handwarm geregelt. Bei dieser Lösung kühlt das Wasser in der Warmwasserleitung von einer Heißwassertemperatur z.B. 60°C am Ende der klassischen Zirkulation (Wohnungseingang) auf z.B. 36°C an der letzten Entnahmestelle ab. Dieses über dem Leitungsverlauf abkühlende Wasser wird in die Kaltwasserleitung eingespeist und kühlt auf ihrem Rückweg innerhalb der Wohnung durch die umgebende Wandtemperatur noch weiter ab. Dabei bleibt die Wassertemperatur gegenüber der Wandtemperatur jedoch immer etwas erhöht. Infolge der äußerst geringen Umwälzmenge kann das zirkulierende Wasser durch die Wasserzähler geführt werden ohne dass dabei eine Wasserzählung erfolgt.
-
Diese Lösung ist in der Anschaffung preisgünstig und vermeidet auch einen Wasserverlust durch die Rückführung des Wassers in den Warmwasserspeicher. Die permanente Bereitstellung warmen Wassers bis zur letzten Zapfstelle bedeutet jedoch auch bei dieser Lösung einen Wärmeverlust in den Wasserleitungen der Wohnung.
-
Lösung
-
Ein Großteil der bestehenden Ein- und Mehrfamilienhäuser besitzt derzeit keine Hilfseinrichtungen zum Schutz vor stagnierendem Wasser bei längerem Nachtzapfen. Dieser Umstand trägt auch mit dazu bei, dass derzeit die Zahl der Toten durch Legionellenbefall in Deutschland höher ist als die Zahl der Verkehrstoten.
-
Die bisher bekannten Lösungen zum Schutz vor stagnierendem Wasser sind wegen der oben beschriebenen Einschränkungen bislang wenig verbreitet.
-
Eine Lösung bietet wie im Folgenden beschrieben ein Zirkulationskreislauf vom Ende der Warmwasserleitungen über die Kaltwasserleitungen wieder zurück zum zentralen Warmwasserspeicher. Eine ständiger Wasser- und Wärmeverlust in den Warmwasserleitungen einer Wohnung kann hierbei vermieden werden, indem die Warmwasserleitungen nur im Bedarfsfall mit heißem Wasser befüllt werden.
-
Dies wird ermöglicht, indem das infolge längeren Nichtzapfens abgekühlte Wasser in der Warmwasserleitung einer Wohnung am jeweiligen Strangende über ein Magnetventil in die Kaltwasserleitung eingeführt wird. Damit wird ein geschlossener Kreislauf gebildet, in welchem das Wasser über die Warm- und die Kaltwasserleitung und weiter zurück zum Warmwasserspeicher zurückfließt.
-
Betritt eine Person den Raum oder nähert sich einer der Zapfstellen 11, so wird mittels eines Bewegungssensors 21 ein Magnetventil 24 aktiviert. Dieses Magnetventil 24 ist Teil einer bei der letzten Zapfstelle 11 am Strangende installierten Steuereinheit 12 und lässt bei Öffnen das stehende kalte Wasser der Warmwasserleitung 29 in die Kaltwasserleitung 28 einströmen. Eine Pumpe 8 in der Kaltwasser-Zuleitung zum zentralen Trinkwasserspeicher sorgt für einen gegenüber den Kaltwasserleitungen etwas erhöhten Leitungsdruck in allen Warmwasserleitungen. Dadurch drückt das am Magnetventil 24 anstehende Wasser der Warmwasserleitung 29 in die Kaltwasserleitung 28 der Wohnung. Die Temperatur des durch das Magnetventil strömenden Wasser wird von einem Temperatursensor 23 überwacht. Bei Überschreiten einer gespeicherten Grenztemperatur z.B. Handwarm (36°C) wird das Magnetventil 24 wieder geschlossen. Ein Rückflussverhinderer 25 in Reihe zum Magnetventil 24 stellt sicher, dass kein kaltes Wasser in die Warmwasserleitung eindringen kann.
-
Mit dieser Anordnung können erstmalig mehrere Probleme gelöst werden:
- 1. Es entsteht ein nutzungsunabhängiger zuverlässiger Schutz vor stagnierendem Wasser in Warm- und Kaltwasserleitungen innerhalb von Wohnungen auch nach Wasserzählern
- 2. Der Komfort wird erheblich verbessert, indem langes Warten auf warmes Wasser selbst am Ende eines Leitungsstrangs vermieden wird
- 3. Auch bei langem Nichtzapfen (z.B. während eines Urlaubs) wird kein Wasser verbraucht
- 4. Auch in der Kaltwasser-Steigleitung entsteht ein nutzungsunabhängiger, zuverlässiger Schutz vor stagnierendem Wasser
- 5. Bei längerem Nichtzapfen von Kaltwasser (z.B. Nachts) wird verhindert, dass die Wassertemperatur in der Kaltwasser-Steigleitung infolge Wärmeeinstrahlung häufig benachbarter Heißwasserleitungen nicht unzulässig ansteigt
- 6. Der Wärmeverlust in den Leitungen innerhalb der Wohnung wird drastisch reduziert, da nur alle paar Stunden die Warmwasserleitung mit warmem Wasser befüllt wird.
- 7. Der Wärmeverlust ist unabhängig von der Qualität der Rohrisolierungen, da das Wasser nach dem Befüllen in jedem Fall wieder auskühlt → Problemlose Nachrüstung im Altbau
-
Steuern des Magnetventils
-
Das Aktivieren des Magnetventils zur Befüllung der Warmwasserleitung kann auf verschiedene Arten erfolgen:
- 1. Der Bewegungsmelder 21 ist in seiner einstellbaren Empfindlichkeit und Ausrichtung des Sensorelements so eingestellt, dass bereits mit Öffnen der Tür bzw. dem Eintreten einer Person in den Raum das Magnetventil betätigt wird.
- 2. Der Bewegungsmelder 21 ist in seiner Empfindlichkeit so eingestellt, dass erst mit Herantreten einer Person an die Zapfstelle das Magnetventil betätigt wird.
- 3. Der Bewegungsmelder 21 ist in seiner Empfindlichkeit so eingestellt, dass erst mit Annähern der Hand zum Bewegungsmelder das Magnetventil betätigt wird. Damit erfüllt der Bewegungsmelder die Funktion eines Tasters.
- 4. Anstelle eines Bewegungsmelders 21 kann auch ein Taster zur Aktivierung des Magnetventils verwendet werden. Dieser Taster kann direkt neben dem Waschbecken platziert sein und über ein Verbindungskabel zur Steuereinheit 12 den Befehl zum aktivieren des Magnetventils weitergeben. Auch ein am Waschbecken 11 angebrachter Funktaster kann den Befehl zum Einschalten des Magnetventils per Funk an die Steuereinheit 12 übertragen.
-
Im Gegensatz zu einer bisher bekannten Lösung mittels thermostatisch gesteuertem Ventil, wird bei der hier vorgeschlagenen Lösung nur kaltes Wasser in die Kaltwasserleitung zurückgespeist.
-
Alternativ dazu ist es aber auch möglich, das Magnetventil so anzusteuern, dass sofort nach Unterschreiten der handwarmen Solltemperatur das Magnetventil einschaltet. Damit kann auf einen Schalteingang oder Bewegungsmelder verzichtet werden. Damit wird eine ständig handwarme Temperatur an der Entnahmestelle 11 sichergestellt. Sofort nach öffnen des Wasserhahns steht diese handwarme Entnahmetemperatur zur Verfügung.
-
Zur Erhöhung der funktionalen Sicherheit insbesondere zum Schutz vor dem Eindringen von heißem Wasser in die Kaltwasserleitung bei einem Fehler durch permanentes Öffnen des Magnetventils kann ein thermostatisch arbeitendes Ventil 30 in Reihe geschaltet werden.
-
Steuerung zyklischer Wasseraustausch
-
Ein Mikrocontroller 20 überwacht die einstellbare Zeitdauer zwischen den Aktivierungen des Magnetventils durch Personen. Wird eine vorprogrammierte Zeitdauer überschritten, so wird das Magnetventil 24 so lange aktiviert, bis handwarmes oder heißes Wasser am Eingang des Magnetventils ansteht. Damit wird auch bei längerem Nichtzapfen, z.B. während eines Urlaubs, das Wasser in den Warm- und Kaltwasserleitungen in zyklischen Zeitabständen ausgetauscht. Dabei strömt frisches legionellenarmes Wasser aus dem Trinkwasserspeicher mit mindestens 60 °C heißem Wasser nach.
-
Die Steuereinheit 12 zur Ansteuerung des Magnetventils 24 kann wahlweise aus dem vorhandenen Stromnetz 27 oder aus einer Batterie 26 versorgt werden.
-
Steuerung über Funkverbindung
-
Die Steuereinheit 12 kann neben einer Steuerung durch einen Mikrocontroller, dem Magnetventil sowie einem Bewegungsmelder auch eine Sende- Empfangseinheit für eine WLAN-Vernetzung 14 enthalten. Damit werden verschiedene weitere Funktionalitäten ermöglicht:
- • Verbindung zwischen Steuereinheit und der Umwälzpumpe 8 zum gezielten Einschalten der Umwälzpumpe 8 am Warmwasserspeicher. Damit kann die Pumpe gezielt nur während dem Zeitraum eines geöffneten Magnetventils eingeschaltet werden
- • Ausgabe einer Fehlermeldung über das Internet 13 an den Betreiber der Anlage bei Erkennen einer Störung:
- ◯ Fehlermeldung an die Wartungsfirma zur Behebung eines erkannten Fehlers
- ◯ Aufforderung an den Betreiber zum Ersetzen der Batterie
- • Austausch zwischen Steuereinheiten 12 zwischen benachbarten Wohnungen zur Weitergabe von Informationen an wiederum benachbarte Steuereinheiten 12. Damit entfällt die zwingende Notwendigkeit zur Verbindung der Steuereinheit 12 mit einem Router um z.B. innerhalb eines größeren Gebäudes auch größere Entfernungen zwischen einer Steuereinheit 12 und der Zirkulationspumpe 8 zu überbrücken. Auch kann damit sichergestellt werden, dass auch Steuereinheiten 12 eine Fehlermeldung an die Wartungsfirma auszugeben können ohne selbst mit einem Router verbunden zu sein.
- • WLAN-Verbindung 14a, 14b zwischen Steuereinheiten 12 benachbarter Wohnungen 16, 17, 18 zur Abstimmung eines zeitlich versetzten zyklischen Einschaltens in den verschiedenen Wohnungen. Damit kann erreicht werden, dass bei fehlender klassischer Zirkulation in den Warmwasser-Steigleitungen 1 (zwischen Keller und Wohnungseingang) das warme Wasser in den Steigleitungen erhalten bleibt
- • WLAN-Verbindung 14f zu einem Smartphone 31, welches über eine Schnittstellenverbindung WLAN oder Bluetooth verfügt. Mittels einer App kann die Steuereinheit 12 programmiert werden hinsichtlich:
- ◯ Aktivieren einer zyklischen Umwälzung bei längerer Abwesenheit (Urlaub)
- ◯ Anpassen der Zykluszeiten für eine zyklische Umwälzung zur Verhinderung von stagnierendem Wasser
- ◯ Anpassen der Empfindlichkeit des Bewegungsmelders 21 um verschiedene Funktionen zu ermöglichen:
- ■ Einschalten bereits mit Öffnen der Tür bzw. bei Betreten des Raums
- ■ Einschalten erst bei Aufenthalt direkt vor der Zapfstelle
- ■ Einschalten nur bei Annäherung der Hände bis auf z.B. 10 cm (Funktion eines Tasters)
- ◯ Verbinden/Einrichten eines WLAN-Routers mittels der App
-
Zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Smartphone 31 und der gewünschten Steuereinheiten 12 kann eine Abfrage des Bewegungssensors 21 herangezogen werden. Nur bei ins Smartphone eingegebenem Verbindungswunsch und gleichzeitig aktiviertem Bewegungsmelder wird eine Verbindung hergestellt. Somit kann verhindert werden, dass mehrere in Nachbarwohnungen platzierte Steuereinheiten 12 mitaktiviert und ggf. ungewollt umprogrammiert werden.
-
Anstelle einer WLAN-Verbindung kann auch eine andere Funk-Verbindungsart z.B. Bluetooth verwendet werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Warnwassersteigleitung
- 2
- Zirkulationsleitung (Klassische Zirkulation)
- 3
- Kaltwassersteigleitung
- 4
- Hauszuleitung
- 5
- Wasserzähler
- 6
- Zentraler Warmwasserspeicher
- 7
- Zirkulationspumpe der klassischen Zirkulation
- 8
- Zirkulationspumpe für Wasserumwälzung innerhalb der Wohnungen
- 9
- Rückflussverhinderer
- 10
- Zapfstelle Küche
- 11
- Zapfstellen Bad
- 12
- Steuereinheit mit Magnetventil, Bewegungsmelder und WLAN-Schnittstelle
- 13
- WLAN-Sende-Empfangseinheit mit Zugang zum Internet
- 14
- WLAN-Verbindung
- 15
- Schalteinheit zur Ansteuerung der Zirkulationspumpe über WLAN ansteuerbar
- 16
- Wohnung Erdgeschoss
- 17
- Wohnung im ersten Stock
- 18
- Wohnung in einem obersten Stockwerk
- 19
- Von Pumpe (8) und Steuereinheit (12) gesteuerter Zirkulationsfluss
- 20
- Mikroprozessor CPU einer Steuereinheit
- 21
- Bewegungsmelder
- 22
- Wireless-LAN Sende-Empfangseinrichtung
- 23
- Temperatursensor
- 24
- Magnetventil verbindet bei Aktivierung die Kaltwasser- mit der Warmwasserleitung
- 25
- Rückflussverhinderer verhindert das Eindringen von kaltem Wasser in die Warmwasserleitung
- 26
- Versorgungsbatterie
- 27
- Netzversorgung alternativ zu Batterieversorgung
- 28
- Kaltwasserleitung innerhalb Wohnung
- 29
- Warmwasserleitung innerhalb Wohnung
- 30
- Thermostatisch gesteuertes Ventil (TV) als Redundanz bei SG-Ausfall
- 31
- Smartphone mit App zum adaptieren der Steuereinheit 12
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt die schematische Darstellung eines Rohrleitungsverlaufs der Trinkwasserleitungen in einem Mehrfamilienhaus
- 2 zeigt in einem Blockdiagramm die funktionalen Bestandteile einer Steuereinheit 12 zur Steuerung eines Magnetventils
