Erhöhte Wassertemperaturen im Trinkwassernetz stellen bereits heute für Wasserversorgungsunternehmen eine Herausforderung dar. Ziel des Forschungsprojekts war es, auf Basis umfangreicher Untersuchungen Grundlagen für verschiedene Handlungsfelder zum Umgang mit der Problematik hoher Wassertemperaturen im Verteilungssystem zu erarbeiten.
Auswirkungen des Klimawandels auf Trinkwasserrohrnetze
Der globale Klimawandel hat erhebliche Auswirkungen auf zahlreiche Umweltbereiche. Besonders relevant ist die Zunahme von Hitzeperioden in den Sommermonaten, die zu einer fortschreitenden Erwärmung der Umwelt führen. Von dieser Entwicklung sind auch die Bodenschichten betroffen, in denen Trinkwasserleitungen verlegt sind.
Bislang wurde wissenschaftlich nicht umfassend untersucht, in welchem Ausmaß sich diese Erwärmung auf das Trinkwasser in deutschen Verteilungsnetzen auswirkt. Das Forschungsprojekt verfolgte daher das Ziel, die Prozesse der Erwärmung zu analysieren und praxisnahe Ansätze zur Bewertung der Temperatursituation in Trinkwasserrohrnetzen zu entwickeln. Darauf aufbauend sollten Grundlagen für geeignete Handlungsstrategien im Umgang mit erhöhten Wassertemperaturen geschaffen werden.
Ergebnisse der Untersuchungen in den Trinkwassernetzen
Die zu Beginn des Projekts durchgeführte Befragung der beteiligten Wasserversorger zeigte, dass Wassertemperaturen von 25 °C und mehr im Trinkwasserrohrnetz bereits Realität sind und zu Kundenreklamationen führen können.
Die Messungen in den Trinkwasserrohrnetzen belegten, dass die Wassertemperatur in den Sommermonaten in Abhängigkeit von den Strömungsverhältnissen ansteigt. Die höchsten Temperaturen wurden in Stichleitungen und stagnierenden Netzbereichen gemessen.
Bei den sieben Wasserversorgern, für die verwertbare Messdaten vorlagen, wurden in allen Fällen maximale Wassertemperaturen von mindestens 20 °C festgestellt. In vier Fällen, also bei mehr als 50 Prozent der untersuchten Netze, lagen die Höchstwerte sogar über 25 °C. Die höchste gemessene Wassertemperatur betrug 30 °C.
Modellierung und Einflussfaktoren der Erwärmung
Zur Simulation der Wassertemperaturen im Trinkwasserrohrnetz konnte ein bereits vor Projektbeginn von der RBS wave GmbH und dem Ingenieurbüro Fischer-Uhrig entwickelter und in die Berechnungssoftware STANET implementierter Ansatz erfolgreich verifiziert werden.
Bei vollständig kalibrierten hydraulischen Netzmodellen ermöglicht der Berechnungsansatz eine präzise Vorhersage der Wassertemperaturen im Rohrnetz.
Mithilfe von Bodentemperatursonden in unterschiedlichen Tiefen konnten die Prozesse der Bodenerwärmung detailliert untersucht werden. Die Oberflächentemperatur wird dabei maßgeblich von Lufttemperatur, Sonneneinstrahlung und Oberflächenbeschaffenheit beeinflusst. Mit zunehmender Tiefe nimmt der Wärmeeintrag von der Oberfläche ab. Temperaturspitzen konnten mit entsprechender Dämpfung und zeitlicher Verzögerung bis in Tiefen von 1,5 Metern nachgewiesen werden.
Bodentemperaturen als Risikofaktor
In die Auswertung flossen Bodentemperaturmessungen von acht Wasserversorgern ein. In fünf Fällen, also bei mehr als 50 Prozent der untersuchten Standorte, wurden in etwa einem Meter Tiefe Bodentemperaturen von über 25 °C gemessen. In mehreren Fällen wurden diese Temperaturen sogar in Tiefen von 1,2 beziehungsweise 1,5 Metern überschritten.
Betroffen waren vor allem sonnige Standorte mit befestigten Oberflächen.
Zur Berechnung der Bodentemperaturentwicklung wurde ein numerisches Bodenmodell entwickelt, das zusätzlich den Einfluss weiterer Wärmequellen berücksichtigen kann. Ein einfacher Ansatz zur Abschätzung des Erwärmungsrisikos im Trinkwasserrohrnetz besteht darüber hinaus in der Nutzung von Satellitendaten sowie der Kategorisierung von Netzbereichen anhand angenommener hydraulischer Randbedingungen.
Handlungsempfehlungen und Regelwerksbedarf
Auf Grundlage des erarbeiteten Prozessverständnisses lassen sich langfristige Maßnahmen zur nachhaltigen Beherrschung der Temperaturproblematik ableiten. Die entwickelten Methoden ermöglichen es, die Wirksamkeit möglicher Maßnahmen unter unterschiedlichen Randbedingungen zu bewerten und deren Nachhaltigkeit abzuschätzen.
Aus den Projektergebnissen ergibt sich zudem ein Anpassungsbedarf für das Regelwerk W 397. Insbesondere die Annahmen zur charakteristischen Sommertemperatur sollten überprüft und aktualisiert werden.
Hinweis auf ein weiteres Forschungsprojekt: Während im Projekt “Erhöhte Wassertemperaturen” die thermischen Prozesse, Ursachen und Einflussgrößen erhöhter Wassertemperaturen analysiert wurden, untersuchte das nahezu parallel durchgeführte DVGW-Forschungsvorhaben “Erhöhte Temperaturen bei der Trinkwasserverteilung (MibiTemp)”, welche Bedeutung diese Temperaturentwicklungen für die mikrobiologische Stabilität von Trinkwasserverteilungsnetzen besitzen. Weitere Informationen zum Projekt MibiTemp finden Sie hier.
