Download hier een pdf van dit artikel.
De woninginstallatie begint bij de watermeter en eindigt bij de verschillende tappunten in de woning. Ook in de woninginstallatie geldt dat het drinkwater moet voldoen aan de eisen van het drinkwaterbesluit. Een van die eisen betreft de drinkwatertemperatuur: deze mag – ook aan het tappunt – niet hoger zijn dan 25°C [1]. Er is tot op heden echter geen duidelijk beeld van hoe de drinkwatertemperatuur in de woninginstallatie zich gedraagt onder invloed van omgevingstemperatuur en tappatroon. Hoewel de eigenaar van de woninginstallatie zelf verantwoordelijk is voor de staat van de woninginstallatie, is het voor waterbedrijven van belang te weten welke processen de kwaliteit van het drinkwater in de woninginstallatie beïnvloeden.
Eerder is onderzoek gedaan naar het vóórkomen van Legionella Pneumophila in relatie tot de temperatuur van drinkwater en de effecten van zogenaamde hotspots. Hoewel bekend is dat constante hoge temperaturen kunnen leiden tot ongewenste groei van micro-organismen is er tot op heden geen onderzoek gedaan naar temperatuur en groei van micro-organismen onder dynamische stromingscondities in woninginstallaties. Voor het onderzoek [2] is gebruik gemaakt van een model voor een eenvoudige woninginstallatie met koud- en warmwaterleidingen (zie afbeelding 1). Met het model SIMDEUM is het mogelijk om aan elk tappunt, bijvoorbeeld een douche of wasmachine, een realistisch verbruikspatroon te koppelen.
Afbeelding 1. Schematische weergave model woninginstallatie
Blauwe lijnen zijn drinkwaterleidingen, rode lijnen zijn warmtapwaterleidingen. Het instroompunt bevindt zich onderaan in de figuur. De tappunten (uitstroompunten) zijn omgeven door grijze vlakken. De pijlen geven de stroomrichting aan.
Scenario’s
Met het model is een aantal scenario’s doorgerekend. Omdat het model nog niet gevalideerd is kunnen de resultaten alleen relatief geïnterpreteerd worden. Daarom zijn de resultaten steeds vergeleken met een referentiecasus.
In de referentiecasus heerst een omgevingstemperatuur van 18°C en heeft het water een temperatuur van 5°C wanneer het de woning binnenkomt. De meeste scenario’s gaan ervan uit dat de temperatuur van het drinkwater boven 25°C komt, om beter zicht te krijgen op de gevolgen van een hoge omgevingstemperatuur. Deze opwarming kan plaatsvinden op een zomerse dag of onder invloed van zogenaamde ‘hotspots’. Hotspots zijn plaatsen waarbij het drinkwater in de woninginstallatie opwarmt tot boven het toegestane maximum van 25 °C. Dit kan veroorzaakt worden doordat bijvoorbeeld leidingen voor stadsverwarming en drinkwaterleidingen zich in dezelfde leidingschacht bevinden of doordat leidingen van vloerverwarming te dicht bij drinkwaterleidingen geïnstalleerd zijn. In verschillende brochures en publicaties van het ISSO wordt hier aandacht aan besteed. In Tabel 1 zijn de verschillende scenario’s weergegeven.
Tabel 1. Doorgerekende scenario’s voor drinkwatertemperatuur in woninginstallaties
Tenzij anders vermeld is de temperatuur waarmee het water de woning binnenkomt 5°C en de omgevingstemperatuur (Tomg) rondom de leidingen 18°C.
Invloed hotspots op drinkwatertemperatuur
Afbeelding 2 geeft de drinkwatertemperatuur weer bij de (koude) keuken- en douchekraan voor de referentiecasus (grijs) en de casus met een verwarmde meterkast (oranje). De invloed is het duidelijkst zichtbaar bij de keukenkraan aangezien hier – door kleine tapvolumes – enkele afkoelingstrajecten zichtbaar zijn. Bij de douchekraan zijn twee pieken zichtbaar. Deze pieken worden veroorzaakt doordat water, wat opgewarmd is in de meterkast, het tappunt bereikt. Direct daarna daalt de temperatuur van het koude water aan de douchekraan omdat het opgewarmde water afgetapt is en er koel water uit het distributienet de kraan passeert.
In afbeelding 2 is de temperatuur in de leiding ter plaatse van de keuken- en douchekraan in de tijd gegeven. Of water met een temperatuur hoger dan 25°C daadwerkelijk gebruikt wordt hangt af van het tapmoment en het tapvolume.
Afbeelding 2. Koud water temperatuur aan de kraan in referentiecasus (grijs) en met een verwarmde meterkast (oranje) bij een startconditie van 15°C
Vervolgens werden hotspots op verschillende locaties gesimuleerd. Uit deze simulaties blijkt dat de locatie van de hotspot sterk van invloed is op de temperatuur van het drinkwater. Hoeveel het water wordt opgewarmd hangt onder andere af van de verblijftijd op een bepaalde plek in de installatie. Hoe lang die verblijftijd is, en hoe hoog de drinkwatertemperatuur dan wordt hangt af van wat er – vanaf het instroompunt gezien – achter dat punt in de installatie gebeurt. Als zich daar een tappunt bevindt waar frequent tappingen plaatsvinden (bijv. een keukenkraan) kan de verversing in de leiding voldoende zijn om te garanderen dat de gevolgen voor de waterkwaliteit beperkt blijven. Hiermee wordt niet voorkomen dat temperaturen hoger dan 25°C optreden, maar wel dat water met een temperatuur hoger dan 25°C lang stilstaat. Dit maakt duidelijk dat het van groot belang is onderzoek te doen naar de relatie tussen tappatronen en de waterkwaliteit, omdat tappatronen de verblijftijden in de woninginstallatie bepalen.
Fysiek contact met opgewarmd water
Hierboven is de drinkwatertemperatuur aan twee tappunten (douche en keukenkraan) weergegeven. Het is echter interessant om te weten hoe de temperatuurverdeling van het water is dat daadwerkelijk gebruikt wordt voor consumptie of douchegebruik. Afbeelding 3 toont de spreiding van de temperaturen die voorkomen aan de keuken- en douchekraan tijdens gebruik. De spreiding van temperaturen is groter bij de keukenkraan dan bij de douchekraan. Dit wordt veroorzaakt doordat er aan de keukenkraan kleinere volumes getapt worden in vergelijking met de douchekraan. Daarnaast is het effect van de verschillende opwarmingsscenario’s op de temperatuur van het gebruikte drinkwater goed zichtbaar. Tijdens een warme dag (Tomg = 28°C) is bij 40% van het gebruikte koude drinkwater uit de keukenkraan de temperatuur hoger dan 25°C. Voor een normale dag (Tomg = 18°C) met een verwarmde meterkast (Tomg,meterkast = 35°C) is dit percentage ongeveer 10%.
Afbeelding 3. Cumulatieve frequentieverdeling van de koudwater-temperatuur tijdens verbruik voor verschillende situaties waarbij het water temperaturen bereikt boven de 25°C
Temperaturen bij RandomDayTime (RDT) bemonstering
In afbeelding 2 is te zien dat het drinkwater bij het tappunt niet de temperatuur heeft waarmee het water de woninginstallatie binnenkomt (5°C). Dit wordt veroorzaakt door de opwarming tussen watermeter en tappunt. Dit heeft gevolgen voor de interpretatie van temperatuurmetingen die drinkwaterbedrijven uitvoeren naast de RDT-bemonstering in het kader van het Drinkwaterbesluit. Bij deze metingen wordt de temperatuur van het drinkwater aan het meest frequent gebruikte tappunt gemeten na doorspoelen. Bij het doorspoelen wordt opgewarmd water in de woninginstallatie weggespoeld en komt koeler water vanuit het distributienet de woninginstallatie binnen. De temperatuur wordt gemeten wanneer deze niet meer verandert. Men neemt dan aan dat dit de temperatuur in het distributienet bij het aansluitpunt is. De werkelijke temperatuur in het distributienet zal echter lager liggen omdat het water ook opwarmt tussen de watermeter en het tappunt waar gemeten wordt. Dit effect is het grootst in de winter wanneer het temperatuurverschil (T – Tomg) het grootst is. Bovendien warmt stromend water – door wervelingen langs de leidingwand – sneller op dan stilstaand water. Deze beide effecten resulteren in een opwarming van 1 - 2°C. Omdat in de modelstudie gewerkt is met grotere diameters dan in Nederland gebruikelijk zijn, is een aantal berekeningen overgedaan met een model met in Nederland toegepaste diameters [5]. Deze resultaten tonen een opwarming van 2 - 4°C. Bij kleinere diameters zal bij dezelfde watervraag de stroom-snelheid hoger zijn. De contacttijd neemt daarmee af. Tegelijkertijd is er echter sprake van meer contact tussen water en leidingwand. Het laatste effect heeft meer invloed dan het eerste, wat resulteert in meer opwarming (2 - 4°C).
Invloed tapvolume op drinkwatertemperatuur
Om de effecten van verschillende tapvolumes te onderzoeken zijn vergelijkingen uitgevoerd met situaties waarin 0,5 of 2 keer zoveel water werd getapt. In afbeelding 4 zijn de temperaturen die in deze situaties voorkomen cumulatief uitgezet. Duidelijk is te zien dat een grote variatie in tapvolume (twee keer zo groot dan wel zo klein) nauwelijks gevolgen heeft voor de temperaturen die optreden in het systeem. Dit wijst erop dat inderdaad tappatronen de meeste invloed hebben op de temperatuurontwikkeling van drinkwater in woninginstallaties.
Afbeelding 4. Cumulatieve frequentieverdeling van temperaturen bij verschillende tapvolumes
De rode lijnen representeren de warmtapwater-leidingen, de blauwe de koudtapwater-leidingen.
Invloed woningtype op drinkwatertemperatuur
Tijdens het onderzoek is een korte verkenning uitgevoerd om mogelijke verschillen in kaart te brengen tussen verschillende typen woninginstallaties. Hiervoor zijn de horizontale leidingen uit het model van Afbeelding 1 verlengd met een factor 10. Daarnaast is een appartementencomplex van 72 woningen gesimuleerd waarbij verschillende SIMDEUM-patronen gebruikt zijn om een realistische situatie te modelleren. De resultaten van deze drie modellen zijn geplot in afbeelding 5. Te zien is dat een flinke uitbreiding van de horizontale infrastructuur beperkte invloed heeft op de temperaturen in het systeem gedurende een simulatie van 24 uur. Een grote collectieve drinkwaterinstallatie voor de woninginstallatie (casus appartementencomplex) heeft wel aanzienlijk effect op de temperatuur. In deze situatie warmt het water op in de infrastructuur tussen distributienet en woninginstallatie.
Afbeelding 5. Cumulatieve frequentieverdeling voorkomende temperaturen in verschillende woningtypen
De rode lijnen representeren de warmtapwater leidingen, de blauwe de koud tapwater leidingen.
Alternatieve toepassingen
Het model is in dit onderzoek alleen gebruikt om de effecten van verschillende omgevingsfactoren op de drinkwatertemperatuur te vergelijken met een uitgangssituatie. Het kan ook gebruikt worden voor bijvoorbeeld het berekenen van wachttijd voor warmwater, het maken van schattingen van energieverliezen en het checken van de afkoelperioden van warmwaterleidingen. Verder kunnen modellen voor nagroei geïmplementeerd worden in EPANET-MSX, zoals dit in eerder onderzoek ook gedaan is [6]. Hiermee kan het effect van de combinatie van verblijftijd en temperatuur op nagroei inzichtelijk gemaakt worden.
Conclusies
Uit het onderzoek blijkt dat hoge omgevingstemperaturen in combinatie met lange verblijftijden leiden tot een te hoge temperatuur van het water in een woninginstallatie. De verblijftijd lijkt meer effect op de temperatuur van het drinkwater te hebben dan de omgevingstemperatuur. Dit is van belang voor de bestaande normen (NEN1006) en uitvoeringsmethoden (Waterwerkbladen en ISSO publicaties), omdat hierin de omgevingstemperatuur als maatgevend wordt beschouwd.
Verder blijkt dat de drinkwatertemperatuur tussen watermeter en keukenkraan significant verandert, vooral in de winter. Daardoor is de temperatuur die aan de kraan wordt gemeten niet gelijk aan de temperatuur in het distributienet.
*Co-auteur Jan Vreeburg is inmiddels werkzaam bij Universiteit Wageningen
Literatuur
- Rijksoverheid (2011), Drinkwaterbesluit, art. 13 §1.
- Moerman A. (2013), Drinking water temperature modeling in domestic systems, MSc thesis.
- Blokker E.J.M. en E.J. Pieterse-Quirijns (2011), Model voor de berekening van de watertemperatuur in het leidingnet. H2O 2010-23, pag. 46-49.
- Blokker E.J.M. en E.J. Pieterse-Quirijns (2013), Modeling Temperature in the Drinking Water Distribution System. Journal American Waterworks Association (AWWA), vol. 105, pag. E19-E28.
- ISSO (2003). Publicatie 30 – Leidingwaterinstallaties in woningen. Rotterdam, ISSO, pag. 140.
- Blokker E.J.M. en E.J. Pieterse-Quirijns (2012), Scenariostudies voor het beperken invloed klimaatveranderingen op temperatuur en kwaliteit drinkwater in het net. KWR 2012.017. Nieuwegein, KWR Watercycle Research Institute, pag. 14.
MEER INFORMATIE
Andreas Moerman, KWR Watercycle Research Institute.
