Urplötzlich sind die Druckverlustbeiwerte von Formstücken (Zeta-Werte) in den Fokus teilweise sehr emotionaler Diskussionen geraten. Auslöser ist die in der Überarbeitung befindliche DIN 1988-31), deren Veröffentlichung demnächst als Gelbdruck – voraussichtlich als Restnorm DIN 1988-300 – erfolgen soll. Ein wesentlicher Punkt, der über Fachartikel schon durchgesickert ist, sind die zukünftigen Regeln für die Dimensionierung von kalten und warmen Trinkwasserleitungen. Neue Regeln seien notwendig, weil viele der vor mehr als 20 Jahren zugrunde gelegten Erkenntnisse nicht mehr der Praxis entsprechen.
Angeführt werden unter anderem neue Verlegetechniken, verändertes Verbraucherverhalten, geringerer Wasserverbrauch sowie neuartige Fittings und Formteile, deren Widerstandsbeiwerte sich in der Praxis „erheblich“ von den in DIN 1988-3 überschlägig angegebenen Werten unterscheiden sollen (siehe Kasten). Oder anders ausgedrückt: Der für die Dimensionierung notwendige Zeta-Wert soll bei jedem Installationssystem und hier jeden Fitting und jedem Formteil messtechnisch ermittelt und dann für Rohrnetzberechnung verwendet werden. Die pauschalen Angaben seien veraltet und zu ungenau. Jedoch wozu sollen sie eigentlich zu ungenau sein? Definieren sich Wirtschaftlichkeit und Qualität inklusive Hygiene einer Trinkwasserversorgungsanlage maßgeblich oder sogar nur über die Zeta-Werte?
Begleitet wird die Diskussion von wissenschaftlichen Untersuchungen, die Fittings mit großer Querschnittsverengung unter anderem als Verursacher von Druck- und Temperaturschwankungen in Anlagen ausdeuten. Müssen also Fachplaner und Installateure demnächst gründlich umdenken? Die klare Antwort heißt: Nein. Was durch eine ganzheitliche Betrachtung des Themenkomplexes zu beweisen ist. Gerade die Erfahrung und die handwerkliche Leistung des Installateurs sowie die Kompetenz des Fachplaners haben bei der Auslegung und Berechnung sanitärtechnischer Anlagen einen sehr großen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit von Trinkwasseranlagen.
cw-Wert und Zeta-Wert
Was haben der cw-Wert und der Zeta-Wert gemeinsam? Nicht viel, denkt man auf den ersten Blick, tatsächlich aber eine ganze Menge. Beide stehen für einen Widerstandsbeiwert, genauer gesagt für den Strömungswiderstandskoeffizient, der in der Strömungslehre ein von der Form eines Körpers abhängiges, dimensionsloses Maß ist.
Der Strömungswiderstandsbeiwert, kurz cw-Wert, wird für umströmte Körper in Strömungsrichtung benutzt. Jedes Auto hat einen spezifischen cw-Wert. Der Druckverlustbeiwert oder Zeta-Wert kennzeichnet durchströmte Körper in einer Rohrleitung. Dieser Körper kann ein Fitting, ein Formteil oder eine Armatur sein.
cw-Wert und Zeta-Wert können aus Messwerten ermittelt werden und beide Widerstandsbeiwerte haben Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit eines Transportsystems, sind aber nicht das Maß aller Dinge. Erst eine ganzheitliche Betrachtung des Systems Auto als auch des Systems Trinkwasserversorgungsanlage ist notwendig und zielführend.
Der überschätzte cw-Wert
Mit einem cw-Wert von 0,29 war 1982 der neue Audi 100 eine Sensation. Das Design seiner stromlinienförmigen Karosserie setzte neue Maßstäbe und war Audis Antwort auf die zweite Ölkrise. Höhere Geschwindigkeit bei geringerem Verbrauch, lautete das ehrgeizige Ziel. Doch mit der Verbesserung des cw-Werts korrespondierte der Kraftstoffverbrauch nicht, der reklamierte Effekt blieb weitgehend aus. Vom Volksmund „fahrende Sauna“ getauft, war es in dem Auto im Sommer nur bei geöffneten Scheiben und unter Volllast laufender Belüftung erträglich.
Unterm Strich blieb die Erkenntnis, dass der Strömungswiderstand bestenfalls ein Hinweis auf den Durchschnittsverbrauch sein kann. Er ist nur einer von vielen Faktoren, die ihn beeinflussen. Tatsächlich sind die vom Motor abgeforderte Leistung und der Motor selbst viel entscheidender. Aber auch Gewicht, Fahrstil und Geschwindigkeit, Reifengröße, -luftdruck und -profil, Betriebsbedingungen (Kurz-/Langstrecke, Sommer oder Winter) und immer mehr die Anzahl der elektrischen und mechanischen Verbraucher, haben große Auswirkungen auf den Durchschnittsverbrauch. Zu den Verbrauchskosten kommen Unterhaltskosten für Wartung und Instandhaltung, Versicherungen und Wertverlust dazu.
Zeta-Wert und Wirtschaftlichkeit
Doch zurück zu den Zeta-Werten und ihren Auswirkungen auf die wirtschaftliche Ausführung und den Betrieb einer Trinkwasserversorgungsanlage. Hier spielen auch verschiedene Einflussfaktoren eine Rolle, wobei selten Energie zu Transportzwecken in die Wirtschaftlichkeit einfließt. In der Regel ist der Versorgungsdruck ausreichend und eine Druckerhöhung nicht erforderlich. Allerdings ist Wärmeenergie für Abstrahlung, Ausstoßverluste und gegebenenfalls für eine thermische Desinfektion zu berücksichtigen. Dabei kommt es auch zu Wasserverlusten. Soweit vorhanden, sind auch die Betriebskosten einer Zirkulationspumpe zu beachten.
Aber was bedeutet überhaupt Wirtschaftlichkeit? Tatsächlich ist sie ein allgemeines Maß für die Effizienz bzw. für den rationalen Umgang mit Ressourcen. Eine andere mögliche Definition der Wirtschaftlichkeit lautet: Ertrag dividiert durch Aufwand. Der Ertrag kann in einer Trinkwasseranlage als der Wert der verkauften Güter oder der erbrachten Leistung eingesetzt werden. Der Aufwand kann in Arbeitsstunden und Materialbedarf umgerechnet in einen Geldwert ausgewiesen werden. Grundsätzlich ist die Größe der Anlage definiert durch die Anzahl der Verbrauchsstellen. Die Entstehungskosten einer Trinkwasseranlage ergeben sich aus:
Material in Form von Rohrleitungen, Fittings und Formteile in verschiedenen Dimensionen. Je nach Werkstoff und Verbindungsart gibt es erhebliche Preisunterschiede. Dazu addieren sich Kosten für Wasserzähler, Absperreinheiten und andere Armaturen.
Befestigung: Die wesentlichen Kostenfaktoren sind hier der Materialpreis und die Arbeitszeit. Durch eine optimierte Leitungsführung können Kosten eingespart werden. Der Aufwand ist auch vom verwendeten Rohrsystem abhängig.
Isolierung / Dämmung: Die Kosten für Material und erforderliche Arbeitszeit können je nach Rohrsystem sowie der Form von Fittings und der verwendeten Formteile unterschiedlich ausfallen.
Montageaufwand: Hier fließen alle zur Errichtung einer Trinkwasseranlage anfallenden Arbeitskosten ein. Das sind: Lohnkosten für reine Montagearbeiten, Kosten für Werkzeug – Anschaffung, Verschleiß und Wartung – oder Hilfsmittel. Hier gibt es, je nach Werkstoff und Verbindungsart, durchaus erhebliche Unterschiede.
Leitungsführung / Ausführung: Beide beeinflussen die Entstehungskosten und damit die Wirtschaftlichkeit maßgeblich. Der Fachplaner bzw. der Fachbetrieb ist auf Basis einer Wasseranalyse für die Auswahl des Rohrmaterials und des eingesetzten Systems verantwortlich. Dann müssen die Trinkwasserleitungen so geplant und installiert werden, dass keine Stagnationsbereiche entstehen. Die Leitungsführung sollte möglichst kreuzungsfrei und übersichtlich erfolgen. Der Installateur kann durch sein handwerkliches Geschick bei den meisten Rohrsystemen über gebogene Richtungsänderungen sogar Einfluss auf das Druckgefälle nehmen und gleichzeitig die Materialkosten senken.
Viele kleine Einzelmaßnahmen addieren sich schlussendlich, auch unter dem Aspekt Wirtschaftlichkeit, zu einer optimalen Anlage.
Fazit
Die Wirtschaftlichkeit einer Trinkwasserversorgungsanlage nur an den Zeta-Werten von Fittings und Formteilen festzumachen, ist nicht zielführend. Nicht grundsätzlich mündet eine geringe Querschnittsverengung in einer kleineren Dimensionierung. Es bleibt abzuwarten, inwieweit sich DIN 1988-300 auf die Dimensionierung von Trinkwasseranlagen auswirkt, und in welcher Form ein einheitliches Messverfahren der Zeta-Werte ein Umdenken erforderlich macht. Für Diskussionen dürfte auf jeden Fall sorgen, dass in DIN 1988-300 ein vereinfachter Rechengang zur Ermittlung der Durchmesser von Trinkwasserleitungen nicht mehr enthalten ist. Künftig sollen alle Berechnungen über eine Software erfolgen und so „genauere“ Ergebnisse liefern. Das heißt aber auch: Mehr Bauteile als in der Berechnung vorgesehen sind, dürfen dann ohne Nachrechnung nicht eingebaut werden.
Der Kunststoffrohrverband (Bonn) hat bereits angekündigt, den Gelbdruck der Restnorm DIN 1988-300 gründlich unter die Lupe zu nehmen und einzusprechen, falls sich die neuen Regelungen als praxisfern und wettbewerbseinschränkend erweisen.
1) DIN 1988-3 Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen (TRWI); Ermittlung der Rohrdurchmesser; Technische Regel des DVGW, Dezember 1988
2) DIN EN 806-3 Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen – Teil 3: Berechnung der Rohrinnendurchmesser – Vereinfachtes Verfahren; Juli 2006
Zeta-Wert und Druckverlust
Zu beachten ist, dass sich ein Zeta-Wert stets auf einen bestimmten Durchmesser bezieht. Als DIN 1988-3 entstand, dominierten Rohrsysteme den Markt, bei denen der Innendurchmesser der Fittinge größer oder gleich dem Innendurchmesser des Rohres war. Es war somit ausreichend genau, dass die angegebenen Zeta-Werte den Einfluss der Strömungsumlenkung berücksichtigten. Kommen heute Fittings mit verengtem Strömungsquerschnitt zum Einsatz, muss entweder die tatsächliche mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Fitting zur Druckverlustberechnung berücksichtigt werden oder der Zeta-Wert auf die Strömungsgeschwindigkeit im Rohr umgerechnet werden. Der Umrechnungsfaktor ergibt sich aus dem Verhältnis des Rohrinnendurchmessers dR zum Innendurchmesser des Fittings dF in der 4. Potenz (dR/dF)4. Beispiel: Steht bei einem Rohrinnendurchmesser von 16 mm im Fitting nur ein Strömungsquerschnitt von 14 mm zur Verfügung, muss der Zeta-Wert mit dem Faktor 1,7 multipliziert werden; bei einem Strömungsquerschnitt von 12 mm steigt der Faktor auf 3,2. Bedingt durch konstruktiv erforderliche Mindestwandstärken ist der Korrekturfaktor bei kleineren Nennweiten deutlich höher als bei größeren Nennweiten. Werden bei kleinen Nennweiten die Richtungsänderungen durch Biegen hergestellt, entspannt sich die Problematik.
Dietmar Stump
ist Redakteur und seit 1997 mit seinem Pressebüro DTS, 67259 Kleinniedesheim, selbstständig. Seine Themenschwerpunkte sind Sanitär, Heizung und erneuerbare Energien. Zudem ist er im Bereich Öffentlichkeitsarbeit tätig. dietmar.stump@t-online.de
