Als Ursache dieser Temperaturschwankungen wird in der Fachpresse das Zusammentreffen mehrerer technischer Faktoren beschrieben:

• ein vereinfachtes Dimensionierungsverfahren für Trinkwasserinstallationen mittels Belastungswerten, bei dem keine größeren Sicherheitsreserven in Form von ausreichenden Gleichzeitigkeitsfaktoren zugrunde gelegt oder verfügbare Druckgefälle unzureichend berücksichtigt werden, ein Installationssystem, dessen Verbindungstechnik zu erhöhten Druckverlusten führt, die Verwendung von modernen Verbrauchseinrichtungen mit erhöhten Berechnungsdurchflüssen und Mindestfließdrücken (zum Beispiel Wellness-Duschen),
• ein verändertes Gebrauchsverhalten des Benutzers der Trinkwasserinstallation (Gleichzeitigkeit).

Da vereinfachte Dimensionierungsverfahren die Druckverluste durch Einzelwiderstände (zum Beispiel von Fittings), die in Form von Zeta-Werten (ζ) dargestellt werden, nur pauschal berücksichtigen, ergeben sich gerade aus den kleinen Rohrabmessungen (DN 12 bis DN 20) überproportionale Einflüsse auf die gesamte Druckbilanz.

Hieraus resultieren intensive Diskussionen über vereinfachte oder differenzierte Berechnungsverfahren, aber auch über verschiedene Verbindungstechniken auf dem Markt. Es wird davon ausgegangen, dass auch die im Jahre 1988 überarbeitete DIN 1988, hier insbesondere der Teil 3, und die dort unabhängig von der Verbindungstechnik abgebildeten Zeta-Werte veraltet sind und den heutigen, modernen Trinkwasserinstallationssystemen nicht mehr gerecht werden.


REHAU Verbindungstechnik Schiebehülse wirkt Ursachen entgegen
Die REHAU Verbindungstechnik Schiebhülse hat sich seit vielen Jahren auf dem Markt bewährt. Dies liegt vor allem an der speziellen Aufweittechnik, die einen optimalen Fittingquerschnitt ermöglicht und so stark eingeschränkte Innendurchmesser als eine der Ursachen für Druckschwankungen konsequent vermeidet. Pauschale Zuschläge für Einzelwiderstände, wie sie die vereinfachte Dimensionierung nach DIN EN 806-3 beinhaltet, werden somit weniger stark in Anspruch genommen und kommen der Druckbilanz und damit der Anlagenfunktion zugute. So entsteht bei der Dimensionierung einer Trinkwasserinstallation mit dem Universalsystem RAUTITAN gewissermaßen ein präventiver Schutz vor möglichen Verbrühungsgefahren. Eine optimale Dimensionierung ist möglich.

Überprüfungen durch den SVGW
Der Schweizerische Verein des Gas- und Wasserfaches (SVGW) nahm die geschilderte Ausgangsproblematik zum Anlass, die bis heute veröffentlichten Zeta-Werte von zertifizierten Systemherstellern zu überprüfen. So sind alle Hersteller von in der Schweiz zertifizierten Trinkwasser-Rohrsystemen vom SVGW aufgefordert worden, eine Druckverlustmessung und Zeta-Wert-Bestimmung eines repräsentativen Fittingprogramms in Anlehnung an die Norm SN EN 1267 durchzuführen. Diese Norm ist zwar ursprünglich für die Druckverlustmessung von Armaturen mit Wasser als Prüfmedium vorgesehen, wurde aber auf die Druckverlustmessung an Fittings übertragen und angepasst. Bei diesen Messungen stellten sich zum Teil erhebliche Differenzen zwischen den bisher in den technischen Informationen veröffentlichten Zeta-Werten einzelner Hersteller und den tatsächlich ermittelten Zeta-Werten heraus.

Die REHAU Schiebehülsentechnik schnitt bei den Überprüfungen der Hochschule Luzern, die im Auftrag des SVGW stichprobenartige Kontrollmessungen ausführte, und bei externen Messungen des Technologiezentrums Wasser in Karlsruhe (TZW), einer Prüfanstalt des DVGW, positiv ab und fand sich unter den strömungsgünstigsten Verbindungstechniken der überprüften Hersteller wieder.

Angeregt durch laufende Fachdiskussionen haben sich auch das Deutsche Institut für Normung (DIN) und die Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches (DVGW) ebenfalls der Problematik angenommen. Im Rahmen der Neuerstellungen der DIN 1988-300 (nationale Restnorm zur DIN EN 806-3) und des DVGW-Arbeitsblattes W 534 wird derzeit eine entsprechende Methodik für die Bestimmung von Zeta-Werten erarbeitet, um eine einheitliche Prüfgrundlage unterschiedlicher Verbindungstechniken sicherzustellen. Eine Verabschiedung wird jedoch nicht vor Ende 2010 erwartet. Auch REHAU arbeitet intensiv in den entsprechenden DIN und DVGW Arbeitskreisen mit und unterstützt die Bearbeitung durch Versuchsreihen an der Fachhochschule Münster / Steinfurt und Versuche beim TZW Karlsruhe.

Wichtige Schritte auf dem Weg zu richtigen Zeta-Werten
Für die aktuellen Anforderungen aus der Schweiz stellte sich zunächst die Aufgabe, das Prüfverfahren gemäß SN EN 1267 beziehungsweise DIN EN 1267 so zu präzisieren und weiterzuentwickeln, dass auf Armaturenprüfständen, die in vielen wassertechnischen Prüfinstituten bereits seit Jahrzehnten vorhanden sind, auch Druckverlustmessungen an Fittings möglich werden. Dies ist REHAU in Zusammenarbeit mit dem TZW in Karlsruhe gelungen.

Dabei verwendet das TZW auf den Armaturenprüfständen definierte Messköpfe nach DIN 3546-1 für die Druckmessung. Durch den Einsatz je eines Messkopfes in der Einlaufstrecke vor und der Auslaufstrecke nach einem Prüfling wird ein Differenzdruck ermittelt. Die normalerweise in den Prüfstand eingebaute Armatur wird durch einen definierten Rohrprüfling ersetzt. Um verfälschende Einflüsse durch unzureichend ausgebildete Strömungsprofile, beispielsweise Verwirbelungen auszuschließen, sind ausreichend lange Einlauf- und Auslaufstrecken vor und nach den Messköpfen, aber auch vor und nach dem zu prüfenden Fitting vorzusehen (mindestens der zehnfache Innendurchmesser des Prüfrohres).

Anhand dieser Prüfanordnung wird nun der Druckverlust aller Bauteile, die zwischen den beiden Messköpfen liegen, ermittelt. Um daraus den Druckverlust des Fittings zu generieren, muss der Druckverlust aller anderen Bauteile subtrahiert werden. Dies erfolgt durch Vermessung eines Blindprüflings (Rohr ohne Fitting), der abgesehen vom fehlenden Fitting analog des oben dargestellten Rohrprüflings aufgebaut ist. Man nennt diese Prüfmethodik Differenzmessverfahren, zu dem in unabhängigen, akkreditierten Prüfstellen, wie beispielsweise dem TZW, viel Erfahrung vorliegt.

Mit diesem Prüfaufbau lassen sich exakte Volumenstrom-Druckverlust-Messpaare sowohl für den Rohrprüfling als auch für den Blindprüfling aufzeichnen. Da es sich bei dem Prüfstand des TZW um ein geschlossenes System handelt, dessen Volumenstrom mittels frequenzgesteuerter Pumpe stufenlos verstellbar ist und zudem etwa 100 Differenzdruckwerte je Sekunde aufgezeichnet werden, wurde die Generierung von durchgehenden, exakten Druckverlustkurven möglich. Diese sind beispielhaft im nachfolgenden Diagramm dargestellt.



Ermittlung der Zeta-Werte
In Zusammenarbeit mit dem TZW wurden Fließgeschwindigkeiten definiert, bei denen aus den gemessenen Druckverlusten der einzelnen Prüflinge die Widerstandsbeiwerte zu ermitteln sind. Für REHAU erfolgte dies bei den Fließgeschwindigkeiten von 1,0 m/s, 1,5 m/s, 2,0 m/s, 2,5 m/s, 3,5 m/s und 5,0 m/s. Eine Ermittlung bei 0,5 m/s erschien aufgrund des ungünstigen Verhältnisses zwischen Messwert und Messfehler und der Gefahr des Messens bei laminarer Strömung als ungeeignet, was sich letztendlich nach Abschluss der Messreihen bestätigte.

Für die weiteren Berechnungen ist festzuhalten, dass der Druckverlust der einzelnen Prüfkörper mehrmals je Fließgeschwindigkeit an den Messdosen gemessen wurde, um ihn anschließend in die Berechnungsformeln einzubinden. Aufgrund der modernen, digitalen Messtechnik des TZW wurde eine hohe Messgenauigkeit erzielt.

Mathematisch liegt der Programmierung des Messapparates für die Umrechnung vom Volumenstrom im Prüfling () auf die Fließgeschwindigkeit (v) die Kontinuitätsgleichung zugrunde:


[Gleichung 1] 

- Volumenstrom bzw. Durchfluss in l/s oder m³/h
A - Innenquerschnittsfläche des Anschlussrohres in mm²
v - Fließgeschwindigkeit in m/s
d - Innendurchmesser des Anschlussrohres in mm

Aus den beiden Druckverlustkurven für das Prüfrohr mit Fitting und für den Blindprüfling ohne Fitting errechnet sich die Druckverlustdifferenz. Bei dieser Betrachtung wird klar, dass die errechnete Druckverlustdifferenz gleich dem Druckverlust des zu prüfenden Fittings ist. 


ΔΡ_Fitting  =  ΔΡ_{Rohrprüfling}   -  ΔΡ_{Blindprüfling}
 
[Gleichung 2]

ΔΡ_Fitting - Druckverlust des Fittings in mbar

ΔΡ_{Rohrprüfling} - Druckverlust des Rohrprüflings mit Fitting in mbar

ΔΡ_{Blindprüfling} - Druckverlust des Blindprüflings ohne Fitting in mbar

Diese Berechnung kann bei beliebig vielen Volumenströmen (respektive Fließgeschwindigkeiten) erfolgen, wodurch eine ausreichend große Basis für eine Mittelwertbildung des Widerstandsbeiwertes oder die Erstellung von entsprechenden Diagrammen gegeben ist.

Die Umrechnung des ermittelten Druckverlustes in den Zeta-Wert erfolgt anhand folgender Gleichung:
  [Gleichung 3]

ζ- Widerstandsbeiwert (Zeta-Wert) des Fittings
ΔΡ_Fitting - Druckverlust des Fittings in mbar
Ρ - Dichte des Prüfmediums Wasser in kg/m³; z.B. ca. 999 kg/m³ bei 18°C
v - Fließgeschwindigkeit in m/s

Beispielhaft wird der in den Gleichungen 1-3 beschriebene Berechnungsgang anhand einer Kupplung 16-16 RAUTITAN aufgezeigt:

* Fließgeschwindigkeiten ermittelt mit dem Innendurchmesser des Anschlussrohres


Ergebnisse der Messungen
Auf Grundlage des oben beschriebenen Messverfahrens und des aufgezeigten Berechnungsganges wurden Zeta-Wert Ermittlungen für die REHAU Produktreihe RAUTITAN durchgeführt. Die dargestellten Ergebnisse zeigen, wie positiv sich die spezielle Aufweittechnik beziehungsweise die Verbindungstechnik Schiebehülse auf die Zeta-Werte eines einzelnen Fittings und damit auf die gesamte Druckbilanz einer Trinkwasserinstallation auswirken. Somit wird auch deutlich, warum bei der Verwendung der Schiebehülsentechnik bis heute keine Beanstandungen aufgrund von Druck- und Temperaturschwankungen oder sonstigen Dimensionierungsfehlern aus dem internationalen Markt bei REHAU vorliegen.

[Abbildung 4: Übersichtstabelle der Zeta-Werte RAUTITAN: Die Widerstandsbeiwerte (-Werte) sind bei reduzierten bzw. erweiterten Fittings und bei Fittings mit Stromtrennung bzw. Stromvereinigung dem Teilstrom zugeordnet, dessen rechnerische Fließgeschwindigkeit im graphischen Symbol mit "v" gekennzeichnet ist].

Fazit
Die beschriebenen Mess- und Berechnungsgänge sind geeignet, die Zeta-Werte unterschiedlicher Fittings zu ermitteln. Mit ihrer Veröffentlichung durch die Hersteller und das Einpflegen in Dimensionierungsprogramme können den Planern, ausführenden Firmen und Betreibern von Trinkwasserinstallationen sinnvolle Dimensionierungsgrundlagen für differenzierte Berechnungsverfahren bereitgestellt werden.

Die Messungen des TZW haben gezeigt, dass die in vielen Prüfinstituten bereits vorhandenen Prüfstände und Druckmessköpfe problemlos weiter verwendet werden können, da sie zu gesicherten und vor allem reproduzierbaren Ergebnissen führen. Alle Grundlagen, Voraussetzungen und Normen (beispielsweise DIN EN 1267 und DIN 3546-1) sind bereits seit Jahrzehnten vorhanden und müssen nur zu einem sinnvollen Ganzen kombiniert werden. Dies belegt auch die problemlose Vermessung und Berechnung des RAUTITAN Systems mit der REHAU Verbindungstechnik Schiebehülse eindrucksvoll.

Nach Abschluss der Messreihen stellte sich zudem heraus, dass es erhebliche Unterschiede innerhalb der Einzelwiderstände unterschiedlicher Hersteller gibt. So ergab die Messung der Kupplung 16-16 RAUTITAN beim TZW einen Zeta-Wert von 0,3, während andere Hersteller die Zeta-Werte vergleichbarer Kupplungen 16-16 teilweise mit 3,0 und höher in ihren technischen Informationen angeben. Dies sind im Vergleich zum RAUTITAN Fitting zehnfach höhere Zeta-Werte. Auch wenn hier nur Einzelwerte verglichen werden, wird deutlich, dass den Zeta-Werten bei der Dimensionierung eines Rohrleitungssystems besondere Bedeutung zukommt, auch wenn sie nur ein Element der Druckverlustberechnung darstellen.

Weiterhin wurde durch die Messungen der RAUTITAN Fittings beim TZW bestätigt, das sich REHAU bereits im Jahre 1988 eng an den Zeta-Werten der DIN 1988 Teil 3 orientiert hat. So garantiert das Unternehmen bis heute, dass Trinkwasserinstallationen mit dem Universalsystem RAUTITAN optimal dimensioniert werden können.

Abschließend lässt sich festhalten, dass die zurzeit vom SVGW und DVGW, aber auch beim DIN angestrebte und in der Fachwelt kontrovers diskutierte Überarbeitung und Erstellung von Messmethoden für die Ermittlung von Zeta-Werten äußerst sinnvoll ist, um sichere Berechnungsmethoden von Trinkwasserinstallationen zu erhalten. Eine Verunsicherung des Marktes und der Planer und Installateure ist jedoch im Hinblick auf die zukünftige Einbindung von differenzierteren Zeta-Werten und der voraussichtlich in 2010 neu erscheinenden DIN 1988-300 unnötig, da an den vorhandenen, grundlegenden Berechnungsmethoden nichts geändert werden wird und diese, auch für die Zukunft, als sicher zu bezeichnen sind. Dafür werden die einzelnen Arbeitskreise sorgfältig Rechnung tragen.


Autor:
Ottmar Lunemann, REHAU AG + Co
Technischer Leiter Hausinstallationssysteme
Mitglied im Normenausschuss Wasserwesen NA 119-04-07 AA im DIN und
Mitglied im Arbeitskreis NA 119-04-07-02 AK "DIN 1988-30" im DIN