Erhöhte Trinkwassertemperaturen

Messkonzept zur Analyse von Temperaturen im Trinkwasserversorgungssystem 

Der Zweckverband für Wasserversorgung Germersheimer Südgruppe K.d.ö.R. (WGS) versorgt im Süden von Rheinland-Pfalz insgesamt dreizehn Verbandsgemeinden mit Eigenwasser aus zwei Wasserwerken. Drei Wassertürme stellen die Wasserspeicherung im Trinkwasserversorgungssystem sicher.

Das Messkonzept deckt das gesamte Wasserversorgungssystem ab. Trinkwassertemperaturen werden mit entsprechenden Messgeräten bereits bei der Wassergewinnung (Tiefbrunnen), Aufbereitung (Filterbecken, Reinwasserbehälter) sowie im Bereich der Wasserspeicherung (Wassertürme) erfasst. Messstellen in den Versorgungsleitungen erfassen die Temperaturveränderungen an ausgewählten Stellen der Trinkwasserrohrnetze. Ergänzt wird das Messkonzept durch erfasste Temperaturwerte von Ultraschall-Hauswasserzählern im Bereich der Hausanschlussleitungen. Im Wasserversorgungssystem des Zweckverbandes sind insgesamt 117 Messstellen vorhanden.

Zusätzlich wurden vier Messstellen zur Erfassung der Bodentemperaturen bei verschiedenen Geländeüberdeckungen und Lagetiefen errichtet. Ergänzend werden Klima- bzw. Wetterdaten der drei umliegenden Wetterstationen ausgewertet.

Messwerte und erste Ergebnisse 

Wassergewinnung und Aufbereitung

Die Temperaturmessungen an einem artesischen Tiefbrunnen von 100 m Tiefe (Messstelle in ca. 13 m Tiefe) ergaben für das zweite Halbjahr 2017 leichte tägliche Schwankungen von 0,6 °C. Zudem wurde ein geringer mittlerer Temperaturrückgang (um 0,2 °C) von August bis November festgestellt. Die höchste gemessene Temperatur betrug 13,2 °C, die niedrigste gemessene Temperatur 12,4 °C.

Tägliche Schwankungen sind auf den Betrieb des Tiefbrunnens und den Zustrom von Grundwasser mit geringerer Temperatur zurückzuführen.

Im Anschluss an die Aufbereitung (Belüftung, offene Schnellfilter) liegen die Wassertemperaturen in der Reinwasserkammer zwischen 13,2 °C und 12,3 °C (zweites Halbjahr 2017).

Es wurden keine signifikanten Erwärmungen im Bereich Wassergewinnung und Wasseraufbereitung gemessen. Im betrachteten Zeitraum betrugen die Temperaturen am Ausgang des Wasserwerks durchschnittlich 12,7 °C.

Wasserspeicherung

Zur Wasserspeicherung stehen im Versorgungsgebiet drei Wassertürme zur Verfügung. Zu Beginn der Messung (Februar 2017) lagen die gemessenen Trinkwassertemperaturen im WT 1 bei 7,3 °C, im WT 2 bei 5,5 °C und im WT 3 bei 10,4 °C. In den Sommermonaten erreichen die Temperaturen in den Wassertürmen 1 und 2 19,1 °C, im WT 3 16,0 °C.

Die Temperaturunterschiede zwischen den Wassertürmen sind durch die Lage der Messstelle beeinflusst. Der Wasserturm 2 besitzt eine Wasserkammer. Der Wasserturm 1 besitzt zwei Wasserkammern, die Temperaturmessung findet in der äusseren Wasserkammer statt. Im Wasserturm 3 (zwei Kammern) findet die Temperaturmessung in der inneren Kammer statt. Zwischen der inneren und äusseren Kammer befindet sich nochmals eine Wärmedämmung mit entsprechendem Einfluss auf die Wärmeübertragung. Darin kann die stärkere Dämpfung des Temperaturverlaufes vom WT 3 gegenüber den beiden Wassertürmen 1 und 2 begründet sein. Mitte Juli 2017 wurde aufgrund erhöhter Temperaturen im WT 2 bis 19,1 °C und schlechten Austauschverhaltens bzw. langer Verweildauern die Bewirtschaftung umgestellt. Durch diese Massnahme konnte kurzfristig ein deutlicher Temperaturrückgang auf bis zu 16,4 °C erreicht werden.

Bodentemperaturen

Bodentemperaturen einer Messstelle im Strassenbereich liegen bereits ab August 2015 vor. Gemessen werden die Bodentemperatur in den Tiefen 0,9 m und 1,5 m. Während die Lufttemperatur Tagessschwankungen unterliegt, zeigen die Bodenmessungen, dass in einer Tiefe von 0,9 m keine Tagesschwankungen vorliegen. Mit zunehmender Messtiefe sind eine Phasenverschiebung gegenüber dem jahreszeitlichen Temperaturverlauf und eine flachere Amplitude zu erkennen. Im Zeitraum von August 2015 bis April 2018 lagen die gemessenen Bodentemperaturen in einer Tiefe von 0,9 m zwischen 2,3 und 27,3 °C und in einer Tiefe von 1,5 m zwischen 4,2 und 25,0 °C. Die Lufttemperatur lag in diesem Zeitraum bei maximal 35,1 °C und minimal bei –10,93 °C.

Im Jahr 2016 lag die gemessene Bodentemperatur in einer Tiefe von 0,9 m an 54 Tagen über 25 °C (rot gestrichelte Linie); im Jahr 2017 an insgesamt 46 Tagen.

In einer Tiefe von 1,5 m lag die gemessene Bodentemperatur in den Jahren 2016 und 2017 von Juni bis einschliesslich September kontinuierlich über 20 °C.

Die oben dargestellte Messstelle befindet sich in einer Sackgasse, im Strassenbereich nahe dem Endhydranten in einem Wohngebiet. Das kalibrierte, hydraulische Rechennetzmodell zeigt, dass in diesem Bereich zudem häufig geringe Fliessgeschwindigkeiten und somit hohe Verweildauern auftreten. In Abhängigkeit der Strömungsbedingungen (Strömungsart, Fliessgeschwindigkeit, Verweildauer unter verschiedenen Lastfällen) und den Rohrmaterialeigenschaften erfolgt eine Angleichung der Trinkwassertemperatur an die umgebende Bodentemperatur. Dabei bestehen deutliche Unterschiede zwischen wärmeisolierenden Materialen (PVC, PE, AZ) und wärmeleitenden Materialen (Gusseisen, Stahl).

Fazit und Ausblick

Die ersten Auswertungen der Temperaturmessungen im Wasserversorgungssystem des Zweckverbands für Wasserversorgung Germersheimer Südgruppe zeigen, dass in der Aufbereitung und Gewinnung des Trinkwassers geringe Temperaturschwankungen vorliegen und das Wasser im Bereich der Netzeinspeisung mit Temperaturen von 12,4 bis 13,2 °C stets frisch und kühl ist. Hingegen wurden in den Wassertürmen bereits Temperaturen zwischen 15,4 und 19,1 °C gemessen. Vor allem im Sommer findet eine deutliche Erhöhung in den Haupt-, Zubringer- und Fernleitungen bzw. den Wasserspeichern statt. Als Folge wurden Trinkwassertemperaturen im Bereich von Versorgungs- und Hausanschlussleitungen von über 25 °C gemessen.

Ziele der Untersuchung sind, die Faktoren für erhöhte Trinkwassertemperaturen für das Wasserversorgungssystem zu bewerten und deren Einfluss qualitativ zu beschreiben. Davon sollen anschliessend sinnvolle Massnahmen abgeleitet werden, die kurz-, mittel und langfristig mit möglichst geringem Aufwand eine wirksame Reduzierung der Temperaturen in entsprechenden Bereichen des Wasserversorgungssystems erzielen können. Dazu zählen z. B. die Anpassung betrieblicher Rahmenbedingungen (Speicherbewirtschaftung), Anpassung der Verlegetiefe, Verwendung wärmedämmender Rohrmaterialien und regelmässige Spülungen des Wasserrohrnetzes.

Im Rahmen des laufenden Forschungsprojekts werden weiter kontinuierlich Messwerte gesammelt und ausgewertet. Die Auswertung soll in enger Verzahnung mit dem hydraulischen Rechennetzmodell erfolgen, um die kritischen Bereiche im System zu erkennen. Parallel soll eine Methodik zur Überwachung der Trinkwassertemperaturen in Wasserrohrnetzen entwickelt werden. Das Ziel wäre, durch Optimierung des Wasserrohrnetzes die Einflussmassnahmen ableiten zu können.

Bibiliographie

[1] RBS wave GmbH (2011): Erstellung eines Spülplanes für das Versorgungsgebiet des Zweckverbandes Wasserversorgung Germersheimer Südgruppe

[2] Trinkwasserverordnung in der Fassung der Bekanntmachung vom 10. März 2016 mit letzter Änderung vom 3. Januar 2018

[3] DIN 2000: Leitsätze für Anforderungen an Trinkwasser, Planung, Bau, Betrieb und Instandhaltung der Versorgungsanlagen

[4] DVGW W 300 (2005): Wasserspeicherung – Planung, Bau, Betrieb und Instandhaltung von Wasserbehältern in der Trinkwasserversorgung

[5] DIN EN 806-2 (2005): Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen Teil 2: Planung

[6] DIN 1988-200 (2012): Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen – Teil 200: Installation Typ A (geschlossenes System) – Planung, Bauteile, Apparate, Werkstoffe; Technische Regel des DVGW

[7] VDI/DVGW 6023 (2013): Hygiene in Trinkwasser-Installationen; Anforderungen an Planung, Ausführung, Betrieb und Instandhaltung

[8] Gottschall, B. (2018): Bachelorthesis: Ursachen für die Erwärmung des Trinkwassers im Wassertransportsystem

[9] DVGW W 397 (2004): Ermittlung der erforderlichen Verlegetiefen von Wasseranschlussleitungen

[10] Mutschmann, J.; Stimmelmayr, F. (2014): Taschenbuch der Wasserversorgung

[11] Hambsch, B. (2009): Ursachen des Auftretens coliformer Bakterien in Verteilungsnetzen

[12] Robert Koch-Institut: Merkblätter – Ratgeber Legionellose. https://www.rki.de/DE/Content/Infekt/EpidBull/Merkblaetter/Ratgeber_Legionellose (abgerufen am 4.6.2018)