Investitions- und Betriebskosten senken durch wassersparende Armaturen – auch bei LEED, BREEAM und DGNB Zertifizierung
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Energie- und Wassersparen sind wichtige Gegenwarts- und Zukunftsthemen. Daher kann im Gebäudebereich die Energiewende nur mit Hilfe der SHK-Branche gelingen. Geringere Literleistungen an allen Entnahmestellen, wie sie bei der ökologischen Gebäudezertifizierungen wie LEED, BREEAM und DGNB üblich sind, tragen zu einem geringeren Wassergebrauch und beim Warmwasser auch geringeren Energieverbrauch bei. Welche Auswirkungen solche Maßnahmen auf die Investitionskosten bei Trinkwasserinstallationen haben, hat Luca Güsgen, Firmeninhaber der Güsgen Heizung Klima Sanitär in Soest, Nordrhein-Westfalen, in seiner Bachelorarbeit aufgezeigt. Als Praxispartner stand ihm SCHELL Trinkwasserhygiene-Experte Dr. Peter Arens zur Seite.
SHK-Bachelorarbeit offenbart relevante Einsparungen bei den Investitionskosten
DWD-Klimadaten-Analyse als Theorie-Grundlage
LEED, BREEAM und DGNB – Umsicht bei Bestandsgebäuden geboten
Bei Planungen reduzierte Berechnungsdurchflüsse (DIN 1988-300) berücksichtigen
Praxisbeispiel: Neuberechnung eines Wohngebäudes mit sechs Nutzungseinheiten
Planung mit verringerten Werten senkt Investitions- und Betriebskosten
SHK-Bachelorarbeit offenbart relevante Einsparungen bei den Investitionskosten
Die Bachelorarbeit kann mit interessanten Ergebnissen aufwarten, die für die SHK-Branche von Bedeutung sind. Denn Luca Güsgen ermittelte, wie Dr. Peter Arens es formulierte, „das ökonomische Potenzial der vielleicht einzigen ökologischen Maßnahme, die unmittelbar Investitionskosten und auch Betriebskosten senkt, ohne die Trinkwasserhygiene zu gefährden“. Dieser Fachbeitrag in der IKZ und im BundesBauBlatt zeigt bis zu 40 % Gewichtsprozent Einsparungen bei Rohren und Verbindern und bis zu 40% bei den Wasser- und Abwasserkosten. Berechnet wurde dies anhand eines 6-WE-Hauses.
DWD-Klimadaten-Analyse als Theorie-Grundlage
Das Thema der Bachelor-Arbeit zur Einreichung an der Fachhochschule Südwestfalen stellte Dr. Peter Arens: Es lautet ‚Trinkwasserinstallation: Die Auswirkungen eines reduzierten Trinkwasserverbrauchs im wachsenden Anspruch der Trinkwasserhygiene’. Im theoretischen Teil der Arbeit beschäftigte sich Luca Güsgen mit der Auswertung von Klimadaten des Deutschen Wetterdienstes (DWD).
Zunahme heißer Tage und höherer Wasserbedarf
Die Klimadaten des DWD zeigen unter anderem einen deutlichen Anstieg des linearen Trends der Temperaturen im Zeitraum von 1881 bis 2022 von plus 2,2 K (Abb. 1). Im Gegensatz dazu gibt es jedoch noch keinen Trend zu geringeren Niederschlagsmengen: Auf Basis der jeweiligen Jahresmittel der Niederschlagsanomalien im Zeitraum von 1881 bis 2022 gehen zwar die Niederschlagsmengen in Deutschland aktuell im Sommer minimal zurück, nehmen jedoch im Winter deutlich zu (Abb. 2 und 3).
Dies könnte beruhigen, doch nach aktuellen Klimamodellrechnungen sei damit zu rechnen, dass der Niederschlag im Sommer um bis zu 40 % geringer ausfallen wird, während er im Winter und Herbst steigen könnte, heißt es in der Bachelor-Arbeit. In der Bilanz gehen jedoch die Autoren Krahe/Nilson (2020) davon aus, dass zwar die Niederschlagsmengen insgesamt um 2,5 % zunehmen werden. Dennoch werden die verfügbaren Wassermengen um rund 10 % abnehmen, denn es wird eine temperaturbedingt höhere Verdunstungsrate von Land- und Wasserflächen geben. Zu bedenken ist in diesem Zusammenhang ebenfalls, dass der Wasserbedarf in der Landwirtschaft deutlich ansteigen wird.
Einsparmöglichkeiten ermitteln ohne Beeinträchtigung der Trinkwasserhygiene
Vor diesem Hintergrund verfolgte Luca Güsgen das Ziel, mit seiner Arbeit die schon heute verfügbaren Möglichkeiten zu ermitteln, den Wassergebrauch in Haushalten zu minimieren. Dies muss ohne Komforteinbußen oder Beeinträchtigungen der Trinkwasserhygiene erfolgen. Denn ohne einen ausreichenden Komfort beim Händewaschen und Duschen oder bei Beeinträchtigungen der Trinkwassergüte wären Akzeptanz und Nutzen solcher Einsparmaßnahmen gefährdet.
LEED, BREEAM und DGNB Zertifizierung – Umsicht bei Bestandsgebäuden geboten
Die drei größten Systeme für die ökologische Gebäudezertifizierung – LEED, BREEAM und DGNB – fördern zwar die Verringerung des Wassergebrauchs in Neubau und Bestand, berücksichtigen dabei jedoch keine Fragestellungen rund um den Erhalt der Wassergüte. Insgesamt macht die Reduzierung des Wassergebrauchs je nach Zertifizierungssystem zwischen 2,3 und 10 % der Gesamtpunkzahl aus. Dr. Peter Arens gibt dabei eindringlich zu bedenken: „Ich kann nur davor warnen, in Bestandsgebäuden die Literleistung von Entnahmearmaturen unter den Berechnungsdurchfluss zu reduzieren, der bei der Dimensionierung der Rohrleitungen zugrunde gelegt wurde. Wenn beispielsweise der Wassergebrauch eines Bestandsgebäudes um bis zu 50 % reduziert würde, hätte dies Folgen für die Trinkwassergüte. Denn in der bestehenden Trinkwasserinstallation käme es durch mangelnde Entnahme bildlich gesprochen zu einem ‚Stau‘ des Trinkwassers. Eine Anreicherung von Werkstoffbestandteilen und eine übermäßige Vermehrung von Bakterien könnten die Folge sein.“
Der Trinkwasserhygiene-Experte ergänzt: „Darüber hinaus muss man sich die Frage stellen, ob eine Waschtischarmatur mit 1,32 l/min wie bei LEED wirklich mehr Wasser spart als eine mit 3 l/min, denn man benötigt immer eine gewisse Wassermenge, um beispielsweise Seife vollständig von den Händen abzuspülen. Daher dauert ein Waschvorgang bei einer Armatur mit 1,32 l/min einfach länger, was also keine Einsparung zur Folge hätte, sondern lediglich eine deutliche Komforteinbuße.“ Die durch die Zertifizierung vorgegebenen Einsparungen sind also nicht automatisch erfolgversprechend und könnten im Bestandsbau gegebenenfalls die Trinkwasserhygiene gefährden.
Bei Planungen reduzierte Berechnungsdurchflüsse (DIN 1988-300) berücksichtigen
Um erhebliche Einsparpotenziale im Neubau zu realisieren, ist die Berücksichtigung reduzierter Berechnungsdurchflüsse von Entnahmearmaturen notwendig. Sie führen zu „schlankeren“ und damit kostengünstigeren Trinkwasserinstallationen. Gemäß Tabelle 2 der DIN 1988-300 gibt es drei Gruppen der Mindestfließdrücke und Berechnungsdurchflüsse, von denen die tabellarischen Werte in aller Regel allein in der Planungssoftware für Trinkwasserinstallationen hinterlegt sind. In der Fußnote zur Tabelle 2 ist aber auch unter ‚Wichtige Hinweise’ hinterlegt, dass die Berechnungsdurchflüsse über oder unter den Werten der Tabelle 2 liegen können. Und dass Planer die realen Berechnungsdurchflüsse nutzen müssen und nicht nur die in der Software hinterlegten:
„Liegen die Herstellerangaben für den Mindestfließdruck und den Berechnungsdurchfluss unter den in der Tabelle genannten Werten, gibt es zwei Optionen:
Ist die Trinkwasserinstallation aus hygienischen und wirtschaftlichen Gründen für die geringeren Werte zu bemessen, muss dieses Vorgehen mit dem Bauherrn vereinbart und die Auslegungsvoraussetzungen für die Entnahmestellen (Mindestfließdruck, Berechnungsdurchfluss) in die Bemessung aufgenommen werden.
Wird die Trinkwasserinstallation nicht für die geringen Werte bemessen, sind die Tabellenwerte zu berücksichtigen. Liegen die Herstellerangaben über den in der Tabelle genannten Werten, muss die Trinkwasserinstallation mit den Herstellerwerten bemessen werden.“
Tatsächliche Verbräuche und Berechnungsdurchflüsse bei ‚Weißer Ware’ beachten
Zusätzlich zur Verfügbarkeit von Wasserspar-Armaturen, WCs und Urinalen sind auch die Verbräuche und Berechnungsdurchflüsse von Wasch- und Spülmaschinen etc. (‚Weiße Ware’) heute deutlich geringer als zu dem Zeitpunkt, als die Berechnungsdurchflüsse von Auslaufventilen in der Tab. 2 der DIN 1988--300 hinterlegt wurden. Auch hier sind weitere Einsparpotenziale möglich, die ebenfalls zu noch „schlankeren“ Trinkwasserinstallationen führen.
Ökonomisches und ökologisches Potenzial heben
Wenn im Auftrag des Investors der Fachplaner die Trinkwasserinstallation eines Gebäudes mit den reduzierten Berechnungsdurchflüssen deutlich schlanker dimensioniert, kann ein beachtliches ökonomisches und ökologisches Potenzial gehoben werden: Denn die so deutlich verringerten Dimensionen bei Rohren, Verbindern, Dämmungen und Rohrschellen führen zu geringeren Investitions- und Betriebskosten. Dies reduziert weiterhin den Platzbedarf in den getrennten Schächten für warm- und kaltgehende Leitungen, was gleichzeitig die Nutzflächen je Etage erhöht.
Praxisbeispiel: Neuberechnung eines Wohngebäudes mit sechs Nutzungseinheiten
Die Bachelor-Arbeit von Luca Güsgen enthält ein aussagekräftiges Praxisbeispiel mit entsprechenden Berechnungen und Einsparpotenzialen. Auf Basis der Berechnungsdurchflüsse von im Markt verfügbaren wassersparenden Auslaufarmaturen und WCs (Tab. 1) und den Werten gemäß Tabelle 2, DIN 1988-300, hat er eine vergleichende Berechnung eines Wohnhauses mit sechs Wohneinheiten (Abb. 4) durchgeführt.*
Ergebnisse der vergleichenden Berechnungen
Der Vergleich der Berechnungen zeigt, wie groß das ökologische Potenzial ist, wenn keine pauschalisierten Werte für die Dimensionierung der Trinkwasserinstallationen verwendet werden, sondern reale Werte von wassersparenden Armaturen. In den Tabellen 2 und 3 sind die Ergebnisse der vergleichenden Berechnungen dargestellt. „Erwartungsgemäß verschiebt sich das Spektrum der Rohrabmessungen deutlich hin zu geringeren Abmessungen. So sinkt auf Basis der verwendeten Kupferrohre in diesem Gebäude der Einsatz von Kupfer um rund 40 % Gewichtsprozent. Das ist ökologisch ein beachtlicher Wert“, führt Dr. Peter Arens aus. Wie den Tabellen 2 und 3 weiterhin zu entnehmen ist, verschieben sich die Rohrlängen von zuvor rund 73 m bei DN 12 bzw. 2,5 m bei DN 10 (Berechnungsdurchflüsse gemäß DIN 1988-300) auf 35 m bei DN 12 und 69 m bei der DN 10 (reduzierte Berechnungsdurchflüsse).
„Ökonomisch spielen diese Einsparungen leider nur eine geringere Rolle als der ökologische Nutzen durch weniger Materialeinsatz. Der einzige Grund: Monetär unterscheiden sich die Abmessungen DN 10 bei Rohren, Verbindern, Dämmungen und Rohrschellen (in Summe 21,13 €/m) kaum von der bei DN 12 (21,76 €/m). Dies liegt daran, dass die Abmessung DN 10 noch immer eine recht selten nachgefragte Abm essung ist. Dies sollte sich ändern, wenn die DN 10 zukünftig häufiger verbaut werden würde“, erklärt Dr. Peter Arens die Ergebnisse.
Wie deutlich die Reduktion der Investitionskosten in einem größeren Gebäude ausfallen könnte, zeigt der fokussierte Vergleich bei den beiden größten Abmessungen. Die Abmessung DN 25 kann in diesem 6-WE-Gebäude bei verringerten Berechnungsdurchflüssen vollständig entfallen und selbst die Abmessung DN 20 wird längenmäßig reduziert. Daher beträgt die Einsparung bei diesen beiden Abmessungen rund 78 %: Vorher lag sie bei 1.596 €, nachher bei 358 €. Denn die großen Abmessungen für Rohre, Verbinder, Dämmungen und Rohrschellen tragen überproportional zu den Kosten bei großen Gebäuden bei. Zusammenfassend ist festzustellen, dass sich trotz der oben benannten ungünstigen Rahmenbedingungen die Investitionskosten für dieses Gebäude immer noch um rund 17 % oder rund 642 € verringern. Basis für diesen Vergleich waren die Bruttopreise für Kupferrohre, Pressverbinder, Dämmung und Rohrschellen.
Weitere erhebliche Einsparungen im Betrieb
Weitere Einsparpotenziale ergeben sich im Betrieb. Zum einen sinken durch den geringeren Wassergebrauch unmittelbar die jährlichen Wasser- und Abwasserkosten. Darüber hinaus sinken die Energiekosten, denn es muss weniger Trinkwasser erwärmt und bei einer Zirkulation auf Temperatur gehalten werden. Diese Energiekosten wurden im Rahmen dieser Bachelorarbeit jedoch nicht ermittelt. „Sie lassen sich jedoch indirekt aus dem verringerten Wasserinhalt ableiten“, erklärt Dr. Peter Arens. „Letzterer reduziert sich für dieses Gebäude um rund 40 %, berechnet allein auf Basis der verwendeten Rohrmeter für Kupferrohre. Diese Reduktion des Wasservolumens um rund 40 % verringert auch die Wassermenge, die bei einer Simulation des bestimmungsgemäßen Betriebs zum Beispiel während der Ferien ausgespült werden muss.“ Um diese Spülungen nicht manuell vornehmen zu müssen, sondern zeit- und wassersparend automatisiert einzuleiten, bietet sich die Nutzung eines Wassermanagement-Systems, wie SWS von SCHELL, an.
Planung mit verringerten Berechnungsdurchflüssen senken Investitions- und Betriebskosten
Alle drei großen Systeme zur ökologischen Gebäudezertifizierung – LEED, BREEAM und DGNB – beinhalten das Thema Trinkwasser als eigene Kategorie im Sinne von ‚Wassersparen’. Doch keines der drei Systeme berücksichtigt das Thema Trinkwasserhygiene. „Deshalb sollten manche Aussagen hinterfragt werden“, so Dr. Peter Arens. So könne beispielsweise in Bestandsgebäuden nicht die Wasserentnahme unter die Berechnungsdurchflüsse der DIN 1988-300 gesenkt werden, ohne die Trinkwasserhygiene zu gefährden. Denn es käme zu einem ‚Stau’ des Trinkwassers in der Installation und nachfolgend möglicherweise zu gesundheitlichen Gefährdungen. Daher kann die Wasserentnahme in Bestandsgebäuden durch Wasserspareinrichtungen nur begrenzt gesenkt werden (siehe auch hier).
Ein mögliches Beispiel führt Dr. Peter Arens auf: „Sind beispielsweise an Waschtischen – wie oftmals im Bestand üblich – ‚alte’ Armaturen mit einer Literleistung von 8 bis 10 Liter pro Minute montiert, können sie oftmals durch den einfachen Tausch des Strahlreglers auf eine Literleistung von 4,2 l/min gemäß Tabelle 2, DIN 1988-300, verringert werden, wenn die Trinkwasserinstallation auf Basis der Tabelle 2, DIN 1988-300, dimensioniert wurde.“
Weiterhin berücksichtigt keines der drei Systeme die hohen ökonomischen und ökologischen Potenziale, die sich aus einer Verringerung der Berechnungsdurchflüsse ergeben, also durch eine verringerte Literleistung von Armaturen. Denn sie ermöglichen bei fachgerechter Planung einer neuen Trinkwasserinstallation gemäß DIN 1988-300 eine deutliche Verringerung der Abmessungen bei Rohren, Verbinder, Dämmungen und Rohrschellen. „Dazu muss aber auch der Fachplaner mit diesen verringerten Werten rechnen“, mahnt Dr. Peter Arens an und schließt: „Dann gehören die genannten Wassersparmaßnahmen zu den ganz wenigen ökologischen Maßnahmen, die die Investitions- und Betriebskosten merklich senken. Insofern sollten in allen drei Systemen diese Einsparmaßnahmen durch eine verpflichtende Dimensionierung der Rohrleitungen explizit gefordert und mit einer erhöhten Punktzahl auch gefördert werden.“
* Hinweise zu den Berechnungen
1) Zur Berechnung des Wohnhauses nutzte Luca Güsgen ein Excel-Programm, welches in der Meisterausbildung der Handwerkskammer Südwestfalen, Standort BBZ Arnsberg, verwendet und an die Teilnehmer zur weiteren Nutzung in den SHK-Fachbetrieben übergeben wird.
2) Als Rohrmaterial inkl. der Bruttopreise für den Preisvergleich wurde von ihm Viega ‚Profipress’ gewählt, ausgeführt als T-Stück-Installation gemäß der deutschen DIN EN 806 und Reihenleitungen. Bei seinen Berechnungen wurden die Kosten auf Basis der Länge der Rohre und Dämmmaterialien sowie der Anzahl der Rohrschellen und der vier gängigsten Verbinder berücksichtigt.
3) In der Planung wurde auf eine Zirkulation des Trinkwassers warm bis zu den Entnahmestellen aus hygienischen und energetischen Gründen verzichtet, denn sie trägt zumeist vermeidbare Wärme in Vorwände und Sanitärräume und damit indirekt auch ins Trinkwasser kalt ein. Dabei kam die weiterhin gültige „höchstens 3-Liter-Regel“ für Stichleitungen zur Anwendung (DVGW (A) W551).
