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liNear Analyse Potable Water

Herausforderungen zur DIN 1988-300

DIN 1988-300, Novellierung der Bemessungsregeln

 

Nach der Novellierung der Trinkwasser-Verordnung im Jahr 2011 ist Anfang Mai 2012 der Weißdruck der DIN 1988-300 veröffentlicht worden. Sie ist als nationale Restnorm zur europäischen Bemessungsregel EN 806-3 (2006) zu verstehen. Die Anwendung der EN 806/ DIN 1988 Normenreihe erfolgt analog der Normenreihe EN 12056/1986 und vervollständigt damit die Bemessungsregeln der sanitären Rohrinstallationen auf einen zeitgemäßen, europäischen Standard.

1. Grund für die Einführung der DIN 1988-300

Gründe für die Einführung der Restnorm DIN 1988-300 sind u.a. die nicht deckungsgleichen Regeln, der in EN 806-3 beschriebenen Bemessungsregeln gegenüber den bisherigen Regeln der Technik nach DIN 1988-3 und DVGW-W551/W553. Die EN 806-3 gilt für sich allein nicht als „allgemein anerkannte Regel der Technik“ für die Bemessung von Trinkwasser-Installationen in Deutschland.

Wesentliche Gründe für die Ergänzung der EN 806-3 durch die Restnorm DIN 1988-300:

1. Einführung des dimensionslosen Belastungswerts LU (Loading Unit) nicht zeitgemäß/ sinnvoll.
2. Bemessungsverfahren von Zirkulationssystemen für Trinkwarmwasserleitungen fehlt.
3. Differenzierter Berechnungsgang nicht kompatibel mit dem Stand der Technik in Deutschland:
- Durchflüsse der Entnahmearmaturen sind mit den in Deutschland gemessenen unpassend.
- Bemessung ohne Druckbilanzierung (Tabellarische Auswahl nach Durchfluss).
- Gleichzeitigkeitsmodell nicht nachvollziehbar.

Der europäische Grundgedanke zur vereinheitlichten der Normung ist für diesen Fall in Deutschland nicht durchführbar. Die Abweichungen zwischen EN 806-3 und DIN 1988-300 sind erheblich (analog DIN 1986-100 gegenüber EN 12056). Das liegt vornehmlich an der Unzulänglichkeit des Bemessungsverfahrens und der in Deutschland besonderen Sichtweise auf eine hygienische Bemessung der Trinkwasser-Installationen.
Daher werden wesentliche Teile aus DIN 1988-3 und die Bemessungsregeln für Zirkulationssysteme nach DVGW W 553 in die neue DIN 1988-300 aufgenommen.

2. Wesentliche Neuerungen DIN 1988-300 gegenüber DIN 1988-3

2.1. Gleichzeitigkeitsmodell

Die Änderungen betreffen vor allem das Gleichzeitigkeitsmodell. In der DIN 1988-3 wird die Gleichzeitigkeitskurve (Zusammenhang zwischen Summen- und Spitzenvolumenstrom) für jede Teilstrecke anhand des Gebäudetyps bestimmt. Das bisherige Gleichzeitigkeitsmodell ist in die neue DIN 1988-300 übernommen worden. Die Kurven dieses Modells konnten jedoch aufgrund einer Überprüfung der zugrunde liegenden Messungen nochmals angepasst und vor allem bei höheren Summendurchflüssen weiter reduziert werden. Die Folge ist, dass die Spitzendurchflüsse in den Verteilleitungen in Richtung Hausanschluss gegenüber der DIN 1988-3 geringer werden und das führt tendenziell zu kleineren Nennweiten in diesem Bereich. In Richtung Entnahmearmaturen gehen die Werte gegen 100% Gleichzeitigkeit. Ein Vergleich der alten und neuen Kurven ist exemplarisch für Wohngebäude in Abb. 1 dargestellt und macht die Änderungen deutlich.

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Abb. 1 Vergleich Spitzendurchfluss DIN 1988-3 und DIN 1988-300

Ein Novum ist die Berücksichtigung der sogenannten Nutzungseinheit. Eine Nutzungseinheit ist ein sanitärer Raum mit max. 2 Benutzern. Grundgedanke ist, dass in einer Teilstrecke mit einer angeschlossenen Nutzungseinheit die beiden höchsten Volumenströme aus den Entnahmearmaturen zur Bemessung verwendet werden. Dabei werden bestimmte Einrichtungsgegenstände (bei Wohngebäuden) automatisch nicht berücksichtigt. Zum Beispiel der zweite Waschtisch, Sitzwaschbecken, Urinal usw.. Die Definition der Nutzungseinheit muss mit dem Bauherrn abgestimmt und dokumentiert werden. Ohne jede Einzelheit zu nennen, gibt es rund um das Thema Nutzungseinheit derzeit sehr viele Diskussionen. Grundsätzlich ist unklar, ob die Nutzungseinheit definiert werden muss oder kann. Weiterhin ist fraglich, ob die Definition der Nutzungseinheit mit 2 Benutzern überhaupt einen deutlichen Einfluss auf die Nennweiten haben wird. Der zusätzliche Aufwand für den Fachplaner bezogen auf die Nutzungseinheit ist hoch: Die Nutzungseinheiten müssen vom Fachplaner a) mit dem Bauherrn abgestimmt und b) im Projekt zugewiesen werden. Die liNear Trinkwasserrohrnetzberechnung wird die Definition der Nutzungseinheiten effizient unterstützen. Die normgerechte Bemessung wird mit oder ohne Nutzungseinheit  durchführbar sein.

In Abbildung 2 sind die Spitzendurchflüsse in einigen Teilstrecken anhand eines Badezimmers (mit nicht normkonformer Symbolik) dargestellt. Die zusätzliche Dusche wird in allen drei Fällen nicht im Spitzendurchfluss berücksichtigt. Für den dargestellten Fall wird offensichtlich, dass es geringe Unterschiede zwischen den Verfahren DIN 1988-3, DIN 1988-300 nur nach Kurve und DIN 1988-300 mit Nutzungseinheit (2 Benutzer) gibt. Der Berechnungsdurchfluss beträgt für Badewanne (auch Dusche) 0,15 l/s, für den Waschtisch 0,07 l/s und für das WC 0,13 l/s. Die Unterschiede in den Spitzendurchflüssen in der Teilstrecke der Etagenabsperrung sind gering. Ob sich durch die verringerten Durchflüsse tatsächlich eine geringere Nennweite ergibt, hängt vom jeweiligen Rohrnetz ab.

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Abb. 2: Spitzendurchfluss in einigen Teilstrecken nach DIN 1988-3 und DIN 1988-300 am Beispiel Badezimmer

2.2 Widerstandsbeiwerte nach DIN 1988-300

Es hat sich herausgestellt, dass die bisher verwendeten Widerstandsbeiwerte für die heutigen verwendeten Systeme unpassend sind. Die neue Norm ermöglicht es, die Rohrsysteme produktneutral oder herstellerbezogen zu berechnen. Dazu sind im Anhang der DIN 1988-300 Referenz-Widerstandsbeiwerte tabelliert, z.B. für das Installationssystem Kupferrohr in Abhängigkeit des Formstücks und der Nennweite.

liNear seiner Zeit voraus:
Die liNear Trinkwasserrohrnetzberechnung bietet bereits seit 2009 für einige Hersteller-Rohrsysteme die Möglichkeit der Bemessung mit herstellerbezogenen Widerstandsbeiwerten an.

2.3 Ringleitung nach DIN 1988-100 erstmals berücksichtigt
Die Norm hat erstmals die einfache Ringleitung in der Stockwerks-Installation beschrieben. Die liNear Trinkwasserrohrnetzberechnung enthält bereits die hygienische Ringleitungsbemessung. Seit 2009 werden die Kirchhoff’schen Regeln für die Bemessung der Ringleitungen angewandt. Dieser physikalische Ansatz ist kompatibel mit der DIN 1988-300 und wird daher weiter verwendet.

2.4 Symbolik nach EN 806-1
Im Arbeitskreis der DIN 1988-300 ist aus zeitlichen Gründen die Symbolik nicht weiter behandelt worden. Daher müssen die Fachplaner die europäische Symbolik nach EN 806-1 verwenden. Besonders kritisch ist vor allem, dass die Entnahmestellen-Symbolik nur noch über die Armatur (s. Abb. 3) und ohne die entsprechende Ablaufstelle allein dargestellt wird. Hier macht liNear als erfahrener TGA-Softwarehersteller gemeinsam mit führenden Unternehmen der Sanitär-Industrie folgenden Ansatz für die Praxis: Die Symbolik wird mit der EN 12056-Symbolik bzw. mit der alten DIN 1988-3 Symbolik für Elemente wie Waschtische, Dusche, Badewanne, usw. gekoppelt. Das ist der praxisgerechte, normenübergreifende Ansatz um eine integrale Planung zu gewährleisten. Das ist kein Widerspruch zur EN 806-1, sondern als eine sinnvolle Ergänzung der Norm-Entnahmearmaturensymbolik zu betrachten. Das heißt der Fachplaner kann anhand der Zeichnung weiterhin auf einen Blick erkennen, dass es sich bei dem dargestellten Symbol z.B. um eine Dusche mit Wandmischbatterie handelt und nicht nur um eine Mischbatterie allein.

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Abb. 3: Symbolik für Entnahmearmaturen nach EN 806-1

2.5 Bemessung von Zirkulationsleitungen
Bei der Bemessung der Zirkulationsleitungen ist das differenzierte Verfahren weitestgehend übernommen worden. Ergänzt wurde die Volumenstromverteilung um den sogenannten Beimischgrad. Ein Beimischgrad von 0% entspricht dem bisherigen differenzierten Verfahren nach DVGW W 553. Die Einführung des neuen Ansatzes wird damit begründet, dass bei einem Beimischgrad von 100% das maximal mögliche Energieeinsparpotenzial („Beimischpotenzial“ genannt) insbesondere bei größeren Zirkulationsrohrsystemen freigesetzt wird.

Die maximale Beimischung beschreibt, dass der ermittelte Pumpenvolumenstrom zur Deckung der Systemwärmeverluste im verzweigten System in anderer Weise verteilt wird:
• 0% Beimischung: Aufteilung der Volumenströme proportional zu den Zweig-Wärmeverlustströmen.
• 100% Beimischung: Die Volumenströme werden in den Strängen reduziert, sodass eine Abkühlung bis auf die Mindesttemperatur von 55°C im Sammelstrang ermöglicht wird.

Durch Beimischung von Wasser > 55°C an den Vereinigungsknoten wird die Temperatur auf mindestens 55°C im Sammelstrang gehalten. Die geringeren Temperaturen im Sammelstrang führen zur Reduzierung der mittleren Übertemperatur des Systems gegenüber der Umgebung.

Abschätzung der prozentualen Reduzierung des Verlustwärmestroms durch Beimischung:
Reduzierung der Rohrwärmeverluste durch Absenkung der mittleren Systemtemperatur.
Die Wärmeverluste sind proportional zur Temperaturdifferenz zwischen mittlerer Zirkulationstemperatur (60°C… 55°C) und mittlerer Umgebungstemperatur (15 … 25°C). Diese beträgt  DT0% = 57,5°C – 20°C = 37,5K. Der Verlustwärmestrom je Meter gedämmtem Rohr sind zwischen DN 20 und DN 100 näherungsweise konstant.
Schätzungsweise beträgt die mögliche Temperaturabsenkung beim Beimischverfahren ca. 1 K und führt zu einer mittleren Systemtemperatur von 56,5°C. Die Wärmestromreduzierung bei einer Absenkung um 1K beträgt danach: 1K / 37,5K = 3%. Damit wird die Größenordnung der möglichen Einsparungen bewusst. Der exakte Verlustwärmestrom jedes Zirkulationssystems kann mit der liNear Trinkwasserrohrnetzberechnung berechnet werden.

Kritik zum Beimischverfahren:
These: Die Unterschreitung der Mindesttemperatur von 55°C ist ab jetzt potenziell an jedem Vereinigungsknoten in der Sammelleitung wahrscheinlicher als ohne Beimischung. Weiterhin sind die reduzierten Volumenströme größerer Netze tendenziell schwerer abzugleichen aufgrund des technisch nicht unterschreitbaren kv-Wertes der Strangregulierventile. Bei der Unterschreitung des Strangregulierventil-kv-Wertes soll der Volumenstrom angehoben werden (1988-300), dass führt zum Verlust der gerade gewonnen Energieeinsparung. Weiterhin ist nicht abzusehen, dass sich der Pumpenvolumenstrom deutlich reduzieren wird. Die Kritik zu dem Beimischverfahren könnte man auch so formulieren: Gegenüber einer möglichen thermischen Energieeinsparung von ca. 3% stehen Probleme beim Abgleichen der Stränge bzw. dem Halten der Mindesttemperatur von 55°C im (realen) Betrieb der Anlage. Die Praxis wird letztlich zeigen, ob dieses in der Realität zutrifft. Die liNear Trinkwasserrohrnetzberechnung wird dazu beide Verfahren anbieten.

3. DIN 1988-300 in der liNear Trinkwasserrohrnetzberechnung Die neuen Bemessungsregeln stehen den liNear Kunden im liNear Desktop 13 zur Verfügung. Für Softwarepflegekunden werden die Bemessungsregeln bereits im liNear Desktop 12 erhältlich sein.