Hygienische Sicherheit im Trinkwasser durch Temperatur-Monitoring

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1 Hygienische Sicherheit im Trinkwasser durch Temperatur-Monitoring Marcel Lüscher, Georg Fischer JRG AG, Hauptstrasse 130, CH-4450 Sissach, Das Thema der Trinkwasserhygiene hat in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Unbestritten ist die Tatsache, dass gutes Trinkwasser lebenswichtig ist. Die nachhaltige Trinkwassernutzung wird jedoch aus wirtschaftlichen Gründen auch in Westeuropa oft vernachlässigt. Dazu kommen über 40 Anomalien des Wassers, welche die Wissenschaft bis heute nicht entschlüsseln konnte. Dem umweltgerechten Einsatz von Zusatzstoffen im Zusammenhang mit dem Trinkwasser kommt somit grosse Bedeutung zu. Der Erhaltung einer guten Trinkwasserqualität im bewohnten Haus wird in Zukunft eine zentrale Rolle beigemessen. Zusammengefasst wird diese Thematik unter dem Begriff der Trinkwasserhygiene. 1. Schwerpunkte in der Trinkwasserhygiene Ausgangslage für die Gesamtbetrachtung eines bewohnten Objektes bilden die verschiedenen normativen deutschen, österreichischen und schweizerischen Auflagen, die bei der Planung, bei der Ausführung und beim fachgerechten Betrieb einer Trinkwasserinstallation zu beachten sind. Diese normativen Auflagen stellen heute den Stand der Technik dar. Wichtige Optimierungen sind zurzeit in Arbeit. Die Praxis zeigt nun oft, dass der Objektbetreiber von Neubauten bei den jährlichen Trinkwasser-Analysen ungenügende Resultate hinsichtlich der mikrobiologischen Belastungen erhält. Die Gesetzgebung verlangt vom Betreiber sofort entsprechende Massnahmen zu treffen. Eine genaue Beurteilung von mikrobiologisch belasteten Trinkwasserinstallationen erfordert neben weiteren Trinkwasserproben auch eine Beurteilung der tatsächlichen Installation. Wobei die Sanierung aus zeitlichen Gründen meist nur aus kurzfristigen Massnahmen besteht. D.h. es werden nur punktuell die Symptome behoben (wie Austauschen des Duschschlauches, Ersetzten einer Duschebrause, Entleeren eines nicht gebrauchten Installations-Stranges oder Abtrennen einer nicht gebrauchten Rohrleitung). Wirksame Sanierungsmassnahmen betrachten die gesamte Trinkwasserinstallation im Bereich zwischen Hauswassereinführung und Benutzer-Armatur. Dabei muss das Trinkwasser hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung und der mikrobiologischen Belastungen beurteilt werden. Saisonale Schwankungen in der Trinkwasserzusammensetzung erfordern besonders bei Mischwasser Messreihen. Für die Installation sind hochwertige Rohren und Armaturen mit DVGW Zulassung einzubauen. Mit all diesen Massnahmen ist aber keine Garantie für einen problemlosen Betrieb einer Trinkwasserinstallation gegeben. Denn die zeitlich unterschiedliche Nutzung stellt Objektbetreiber von Altersheimen, Hotels, öffentlichen Bauten oder Kliniken vor weitere grosse 1

2 Herausforderungen im Bezug auf die Trinkwasserhygiene. Für einen problemlosen Betrieb der Trinkwasserinstallation müssen drei Themenschwerpunkte betrachtet werden (Abb. 1). Mikrobiologische Belastungen, Kalksteinbildung und Korrosion resp. Alterung. Abb. 1 Überblick über die wichtigsten Themen Im Folgenden soll die Entstehung der mikrobiologischen Belastung in den Trinkwasserinstallationen genauer betrachtet werden. Abb. 2 Aufbau eines Biofilms Der Aufbau des sog. Biofilms entsteht in drei Phasen siehe (Abb. 2). Das Trinkwasser wird in die Installation gefüllt und stagniert bis zum vollen Betrieb des bewohnten Objekts. Während dieser Zeit lagern sich die ersten Keime auf den Oberflächen ab. In dieser Phase kann regelmässiges Spülen diese Belastungen tief halten. In der Folge werden die bewohnten Objekte meist abgestuft in Betrieb genommen, was mehrere Monate dauern kann. In dieser Phase langer Stagnationszeiten bildet sich der Biofilm stark aus und Bakterien lagern sich hier ein. Präventive Massnahmen wie Temperaturüberwachung und Strangspülungen helfen in dieser Phase den Biofilmaufbau zu minimieren. Wird nach einer ersten Nutzungsphase, die bis zu mehreren Jahren dauern kann, eine mikrobiologische Trinkwasserbelastung angezeigt, so ist der Biofilm meist so stark ausgebildet, dass eine thermische oder chemische Desinfektionsmethode nicht mehr ausreicht, um die Bakterien vollständig abzutöten. Die Trinkwasserzusammensetzung und die eingesetzten Rohr- und Armaturen-Werkstoffe zwingen den Objektbetreiber meist zu grösseren Sanierungsmassnahmen und Anpassungen in der Trinkwasserbehandlung. 2

3 2. Hydraulischer Abgleich Bewohnte Objekte werden heute meist mit einer Warmwasserzirkulation ausgeführt. Ziel ist es, in kürzester Zeit Warmwasser an jeder Zapfstelle zur Verfügung zu stellen. Damit die Wärmeverluste nicht unnötig hoch ausfallen, wird in jedem Zirkulationsstrang ein thermisch geregeltes Ventil eingeplant. Auslegung und Inbetriebnahme des Zirkulationsystems werden gemäss dem DVGW Arbeitsblatt W553 vorgenommen. Da es sich um ein hydraulisch geschlossenes System handelt, treten bereits bei der Einregulierung die ersten zeitraubenden Abstimmungsprobleme auf. In der Praxis zeigt sich nun: Kleine Abweichungen zwischen Planung und Ausführung genügen, dass grosse Temperarturdifferenzen gegenüber der Speichertemperatur auftreten. Solche Abweichungen können sein: Verwendung eines anderen Rohrleitungssystems, Installationserweiterungen während der Bauphase oder Einsparung von Dämmungen! Abb. 3 Prinzipaufbau einer Warmwasserzirkulation Die Temperaturregulierung in der Warmwasserzirkulation ist aufgrund steigender Energiekosten und der Legionellenproblematik ein zentrales Thema für den Objektbetreiber. Erschwerend kommt dazu, dass kalkabscheidendes oder aggressives Trinkwasser immer wieder die Trinkwasserzusammensetzung verändert. Dies führt zu veränderten Rohr- und Armaturen- Querschnitten, sowie Reduktion der Lebensdauer. Zudem führt die gegenseitige Beeinflussung der einzelnen thermostatischen Strangregulierventile zu ständig wechselnden Volumenströme in den einzelnen Strängen siehe (Abb. 3). D.h. die Temperaturniveaus schwanken stark in den einzelnen Strängen. Die Beeinflussung im hydraulisch geschlossenen System setzt heute Massstäbe für die Zirkulation voraus, die nur mit einem vernetzten Ventilregelsystem erfüllt werden können. Wird Warmwasser von einem Verbraucher gezapft, so kann das Temperaturniveau rasant abfallen. Die Dynamik der Temperaturveränderung wird von zwei Faktoren beeinflusst: von der Dimensionierung der Anlagenteile und ganz besonders vom Verhalten der Verbraucher. Eine Veränderung des Verbrauchers kann meist nicht durchgesetzt werden, was u.a. damit zusammenhängt, dass z.b. in Seniorenwohnungen heute ein hoher Badezimmerkomfort verlangt wird, obwohl regelmässig nur eine Dusche benützt wird. 3

4 Deshalb ist für die Warmwasserzirkulation ein hohes Ansprechverhalten der Regelventile bei kleinen Temperaturabweichungen zu bevorzugen. 3. Temperatur-Monitoring mit LegioTherm System Um die Temperaturführung in der gesamten Warmwasserzirkulation in den Griff zu bekommen eignet sich das LegioTherm System von JRG mit Temperatur-Monitoring. Die Vorteile dieses Zirkulationsregelsystems sind: Thermostatische Regelventile, die mit einer zentralen Steuerung vernetzt werden und so eine optimale Temperaturüberwachung ermöglichen. Online Temperatur-Monitoring: Sinkt die Warmwassertemperatur unter 50 C ab, so erkennt dies das LegioTherm System sofort. Das Aufkeimen der mikrobiologischen Belastungen kann somit eingeschränkt werden. Abb. 4 Thermostatisches Regelventil LegioTherm 2T mit Controller Das thermostatische Regelventil ist so konzipiert, dass ein Temperatursensor optimal im Volumenstrom platziert ist und somit bei kleinsten Volumenströmen Temperaturdifferenzen erkennt. Der aussenliegende thermoelektrische Stellantrieb kann nach Bedarf ausgelöst werden. Gleichzeitig wird die Ventilstellung auf der Abschlusskappe des Stellantriebes (offen/ geschlossen) angezeigt. Der Ventilcontroller regelt mit einem ausgeklügelten Algorithmus die Regelparameter. Die Warmwassertemperatur kann jederzeit abgelesen werden. Die Vernetzung aller Regelventile mit einer 24-Volt Spannung und einem Kommunikationsbus erlaubt es, die Temperaturen aller Regelventile an der zentralen Steuerung zu speichern und abzufragen. Werden alle Regelventil-Temperaturen auf dem einregulierten Niveau gehalten, so sind die entsprechenden Volumenströme vorhanden. Das kontinuierliche Durchströmen der Stränge mit Warmwasser verhindert nachweislich das Aufkeimen des Biofilms. 4

5 Abb. 5 Vernetzung aller Regelventile mit einer zentralen Steuerung 4. Vorteile des Temperatur-Monitorings: Praxisbeispiel Das Praxisbeispiel Seniorenresidenz Stadelbach soll aufzeigen, welche Vorteile ein Temperatur- Monitoring in der Nutzung hat. Abb. 6 Altenheim Stadelbach Die Sanierung und der Ausbau des Altenheims Stadelbach in Möhlin wird mit einem Erweiterungsneubau realisiert. Dabei entstehen 24 neue Zimmer für demenzkranke Seniorinnen und Senioren. Zusätzlich wird eine Grossküche und eine Wäscherei gebaut. Abb. 7 Erweiterungsbau Altenheim Stadelbach Der Erweiterungsbau wird mit Auflagen der Betreiberin belegt. Diese sind: 5

6 Trinkwasser-Installationstechnik mit Legionellenschutz Wartungsarme, automatisierte Lösung ohne Gebäudeleitsystem Der Fachplaner hat sich mit dem Objektbetreiber für das vernetzte LegioTherm System entschieden. Abb. 8 Installationsaufbau mit dem LegioTherm System Für die Warmwasserzirkulation werden die thermostatisch geregelten Strangregulierventile eingeplant und mit der zentralen Steuerung vernetzt. Total werden 9 Regelventile auf 2 Stockwerken eingesetzt. Die Wärmeerzeugung erfolgt über die Heizzentrale des Altbaus. Zur Übersicht zeigen wir hier den Prinzipaufbau. Abb. 9 Prinzipaufbau der Warmwasserzirkulation 6

7 Nach Inbetriebnahme der Warmwasserzirkulation erfolgt gleichzeitig der Probebetrieb der Seniorenzimmer. Die Einregulierung erfolgt in kürzester Zeit. Erste Temperaturmessungen zeigen, dass die geforderten 5 K zwischen Vorlauf- und Rücklauf-Temperatur erfüllt werden. In dieser ersten Nutzungsphase erfolgt der etappenweise Bezug der Liegenschaft. Ende September 2007 zeigt sich folgende Temperaturgrafik. Die Werte zeigen jeweils die Strangventil- Temperaturen. Abb. 10 Temperatur-Monitoring über 24 Stunden Bei der Temperaturmessung vom wird deutlich, dass die Temperaturgrenze von 50 C deutlich unterschritten wird. Als erste Massna hme wird die Speichertemperatur um 10 K angehoben. In diesem Zeitraum der anlaufenden Gebäudenutzung ist es besonders wichtig, dass keine Stagnationszeiten oder zu tiefe Temperaturen vorhanden sind und das Aufkeimen des Biofilms tief gehalten wird, siehe dazu (Abb.2). Nach 6 Monaten erfolgt eine weitere Temperaturauswertung. Zu diesem Zeitpunkt ist der gesamte Neubau in Betrieb. Es zeigt sich folgender Temperaturverlauf. Abb. 11 Temperatur-Monitoring über 24 Stunden 7

8 Beim Temperatur-Monitoring vom misst man am Strangregulierventil Nr. 4 ein Temperaturniveau von unter 40 C. Bei der Überprüfun g des Zirkulationsstranges Nr. 4 wird festgestellt, dass das Warmwasser nicht fliesst. Ursache ist ein halboffenes Absperrventil. Es kann somit festgehalten werden: Das Temperaturniveau in der Warmwasserzirkulation entspricht in allen Stängen den Einstellungen. Daraus lässt sich schliessen, dass die erforderlichen Wärmevolumenströme vorhanden sind. Beim selben Temperatur-Monitoring zeigt sich, dass täglich um 10:00 Uhr morgens ein Einbruch der Warmwassertemperatur auf 43 C erfolgt siehe (Ab b. 11). Zu diesem Zeitpunkt benötigt die Grossküche grössere Mengen Heisswasser, was die Kapazität des Warmwasserspeichers übersteigt. In erster Linie wird der Verbrauch für die Grossküche und die Wäscherei abgestimmt. Erst dann wird die Erhöhung der Warmwasserkapazität in realisiert. Die Lösung: Zur Prävention gegen mikrobiologische Belastungen wird einmal pro Woche die Zirkulation mit Heisswasser gespült, wobei vorerst auf das Spülen der einzelnen Zapfstellen verzichtet wird. Das Temperatur-Monitoring mit dem LegioTherm System erlaubt das kontrollierte und sequenzielle Spülen jedes einzelnen Strangregulierventiles. Die Zirkulations- Installation erfolgt in der geschlauften Ausführung zu jedem Warmwasserverbraucher. Als Verbrühungsschutz wurden alle Zimmer mit Mischerarmaturen ausgerüstet. Dabei werden die tatsächliche Spülzeit und das maximale Temperaturniveau protokolliert. Es zeigt sich folgende Temperaturgrafik: Abb. 11 Übersicht über die thermische Desinfektion Anhand dieses Beispiels zeigt sich, dass besonders bei Neubauten die kontrollierte thermische Desinfektion für den Schutz gegen mikrobiologisches Aufkeimen zu empfehlen ist. 8

9 Um den personellen Aufwand für das Temperatur-Monitoring so weit wie möglich zu optimieren, erfolgt die Vernetzung der zentralen Steuerung mit den Büro-PCs via Ethernet. Dies erlaubt auch weiterführende Datenauswertungen im Bezug auf die maximalen Warmwassertemperaturen sowie eine automatische Protokollierung der Heisswasserspülungen. Nach zwei Betriebsjahren gibt der Betreiber des Altenheims folgendes Feedback ab: Das Online Temperatur-Monitoring gibt uns die Sicherheit, dass der hohe Warmwasserkomfort und die Trinkwasserhygiene gewährleistet werden können. Trinkwasseranalysen haben uns dies bestätigt. Der Betriebs- und Wartungsaufwand konnte trotz des Erweiterungsbaus tief gehalten werden. Die einfache Bedienung begeistert unser technisches Personal. 5. Schlussfolgerung Der Einsatz von thermostatisch geregelten Ventilen im Warmwasserzirkulations-System erlaubt den energieoptimierten hydraulischen Abgleich. Die erhöhten hygienischen Anforderungen im Trinkwasser verlangen nach einer Überwachung der Warmwassertemperaturen. Das kontinuierliche Fliessen des Warmwassers bei einem Temperaturniveau von höher als 50 C ist ein entscheidendes Kriterium im Schutz vor Verkeimungen im Trinkwasser. Die Vernetzung aller Strangregulierventile mit einer zentralen Steuerung vereinfacht die Bedienung und Speicherung der Temperaturwerte. Die Parametereinstellungen erlauben einen wirtschaftlichen und wartungsarmen Betrieb eines Objektes. Ein Temperatur-Monitoring ergibt eine hohe Sicherheit, da das mikrobiologische Aufkeimen auf einem tiefen Niveau gehalten werden kann. Die kontrollierte und protokollierte thermische Desinfektion ist ein weiterer wichtiger Vorteil des LegioTherm Systems. Abb. 12 JRG LegioTherm System für die Zirkulationsregelung 9

10 Literaturverzeichnis AGES (2005) Kontrolle und Prävention der reiseassoziierten Legionärskrankheit-Massnahmen für den Beherbergungsbetreiber, Oesterreichische Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit GmbH, Avril, Adams (2004), Legionnaires disease-the control of legionella bacteria in water systems, Health and Safety Enquiries, Caerphilly Business Park, Caerphilly CF83 3GG, BAG (2006), Legionellen + Legionellose Bundesamt für Gesundheit Schweiz, DIN 1988, Teil 1-8 (1988) Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen DVGW-Arbeitsblatt W 270 (1999) Vermehrung von Mikroorganismen auf Werkstoffen für den Trinkwasserbereich - Prüfung und Bewertung DVGW W551 (2004) Trinkwassererwärmungs- und Trinkwasserleitungsanlagen Technische Massnahmen zur Verminderung des Legionellenwachstums, Planung, Einrichtung, Betrieb und Sanierung von Trinkwasser-Installation DVGW W553 (1998) Bemessung von Zirkulationssystemen in zentralen Trinkwassererwärmungsanlagen DVGW VP 554 (2003) Thermostatische Zirkulationsregulierventile für den hydraulischen Abgleich in Warmwasser-Trinkwassersystemen Kommentar zum Arbeitsblatt DVGW W 551 (2004) Technische Massnahmen zur Verminderung des Legionellenwachstums in Trinkwasser-Installationen, Önorm B (2002) Prüfung der Verkeimungsneigung von Trinkwasserrohren, Teil 1: Prüfverfahren, Teil 2: Bewertung Richtlinie 98/83/EG (1998) über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch Richtlinie VDI 6023 (2006) Hygiene in Trinkwasser-Installationen Anforderungen an Planung, Ausführung, Betrieb und Instandhaltung Scheer, Rainer (1998), Wasserkeime ständige Begleiter jeder Wasseraufbereitungsmassnahme Carl Gustav Carus-Institut, Niefern-Öschelbronn TrinkwV (2001) Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch UBA Trinkwasser (2006) Trinkwasser aus dem Hahn, Gesundheitliche Aspekte der Trinkwasserhausinstallation 10