IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 20/1999, Seite 35 ff.


SANITÄRTECHNIK


Die Klosettspülung in der Normung

Manipulation?

Dr.-Ing. Hugo Feurich VDI   Teil 3

Im ersten und zweiten Teil dieses Fachartikels, erschienen in der IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 17/99 und 19/99, ging der Autor auf den Stand der Normung und den seit 1957 bis heute vorliegenden Kenntnisstand ein. In dem abschließenden dritten Teil wird eine abschließende Bewertung vorgenommen. Ergebnis sind eine durchaus mögliche weitere Reduzierung des Wasserverbrauchs bei der Klosettspülung und kleinere Rohrweiten bei der Zufluß- und Abflußinstallation.

Vergleichende Bewertung

Nach dem behandelten Sachstand der Normung und dem effektiven Kenntnisstand aus Untersuchungen und Forschungsarbeiten werden nachstehend Schlußfolgerungen für die Betriebs- und Funktionsgrößen von Klosettbecken und Abfluß-Einzel- und Sammelanschlußleitungen gezogen.

Klosettbecken

Das Spülwasservolumen für die Klosettspülung kann nach dem Forschungsbericht von Feurich [22] für die Ausspülung von Fäkalien und Toilettenpapier ohne weiteres auf 2 Liter, für die Ausspülung von Urin und Toilettenpapier auf 1,5 Liter gebracht werden.

Für ein kleines Spülwasservolumen sprechen auch Vakuumtoiletten, die besonders in der Schiffahrt, bei der Bahn und in Flugzeugen eingesetzt werden. Die bauliche Ausbildung derselben ist mit einem Tiefspülklosett durchaus vergleichbar. Die abgehende Vakuumleitung muß einen Innendurchmesser von 50 mm aufweisen. Der durchschnittliche Spülwasserverbrauch beträgt 1,2 bis 1,5 Liter je Spülvorgang. Ein Vakuum mit einem Unterdruck von mindestens 0,3 bar am Vakuumventil am Klosettabgang bewirkt die Absaugung des Geruchverschlußinhalts.

Das Nachspülwasservolumen, das durchaus einen maßgeblichen Einfluß auf die Transportweite des Spülgutes in der Einzel- und Sammelanschlußleitung hat, ist keine absolute Größe wie in der DIN 1385. Es ist vielmehr abhängig von den Spüleigenschaften des Klosetts, von der Montagehöhe der Spüleinrichtung Spülkasten, vom Spülwasservolumen für die Evakuierung des Geruchverschlußinhalts, von der Rohrweite der Anschlußleitung, deren Rohrsohlengefälle und dem sich einstellenden Füllungsgrad. Das bestätigen die Forschungsergebnisse von Grasmeier und Feurich [18, 22] (s.a. Tabelle 12).

Der Anschlußwert für Klosettbecken ist mit AWS = 2,5 nach DIN 1986-2 [9] keinesfalls ein zur Bemessung der nachfolgenden Abwasserleitung zugeordneter Wert, da bei allen hier angeführten Untersuchungsergebnissen [16, 17, 18, 19, 22] der Volumenstrom beim Klosett mit Spülkasten, ohne angeschlossene Abflußleitung, erheblich unter 2,5 l/s gemessen wurde. Derselbe ist dazu abhängig von der Rohrweite und vom Rohrsohlengefälle der Einzelanschlußleitung. Nach Feurich (s. Tabelle 11) wurden die Volumenströme bei wandhängenden Tiefspülklosetts mit Wandeinbauspülkasten und angeschlossener Einzelanschlußleitung an der Meßstelle M1 (s. Bild 5) mittels Ultraschall mit folgenden Maximalwerten gemessen:

= 0,704 bis 0,869 l/s - Einzelanschlußleitung DN 60 und DN 70,

= 1,022 bis 1,458 l/s - Einzelanschlußleitung DN 80 und DN 100.

Eine Abhängigkeit vom Spülwasservolumen und vom Spülstrom der Spüleinrichtung, wie sie in der DIN 1986-2 [9] und in dem Europäischen Normentwurf DIN EN 12056-2 [23] gehandhabt wird, besteht nicht.

Klosett-Einzel- und Sammelanschlußleitungen

Der dimensionslose Anschlußwert AWS, der dem einem Entwässerungsgegenstand zugeordneten Abfluß desselben in l/s entspricht (1 AWS entspricht 1 l/s), ergibt nach dem "Kommentar zu DIN 1986" [24] für = 2,5 l/s und DN 100 bei einem Rohrsohlengefälle von 20 mm/m einen sogenannten rechnerisch effektiven Füllungsgrad von h/deff = 0,38 und eine ebenfalls rechnerisch effektive Fließgeschwindigkeit von veff = 0,89 m/s. Tatsächlich liegen diese Werte bei dem mittels Ultraschall gemessenen Volumenstrom von 1,405 l/s (s. Tabelle 11) bei:

h/dtat = 0,283

vtat = 0,771 m/s

Ein weiteres Beispiel ist die Zulassung der Nennweite 80 mit einem Rohrsohlengefälle von 5 mm/m für Klosett-Einzelanschlußleitungen. Bei den in Bild 4 dargestellten Strömungsbildern ergeben sich tatsächlich folgende Werte:

DN 100 - h/d = 0,5 - I = 5 mm/m:

= 1,959 l/s

vtat = 0,499 m/s

DN 80 - h/d = 0,75 - I = 5 mm/m:

= 1,970 l/s

vtat = 0,487 m/s

Für Fäkalienhebeanlagen zur begrenzten Verwendung [11] ist die zugelassene und praktizierte Nennweite 40 (s. Bild 1) zum Anschluß von Waschbecken, Bidet und Dusche mit den "empfohlenen reduzierten Abflußwerten" ein rechnerischer Problemfall, da der nach DIN 1986 zulässige Füllungsgrad h/dmax = 0,5 bis zur Über-Vollfüllung überschritten und die Mindest-Fließgeschwindigkeit der Norm von 0,7 m/s in jedem Fall erheblich unterschritten wird.

Die "rechnerische Effektivität" des zuständigen Normenausschusses bzw. des Sachverständigenausschusses ist bedauerlicherweise gar nicht effektiv. Unberücksichtigt bleibt der Wissensstand, nach den angeführten Veröffentlichungen immerhin schon seit 1976 [16], daß der für die hydraulische Dimensionierung maßgebende Abfluß-Volumenstrom eine variable Größe in Abhängigkeit von der Spüleinrichtung, vom Spülverhalten des Klosettbeckens, von der Rohrweite der Einzelanschlußleitung und deren Rohrsohlengefälle als Ausgangsgröße für das sich einstellende Wasserspiegelgefälle ist, der erheblich unter den Anschlußwerten der DIN 1986-2 liegt.

Die Mindest-Fließgeschwindigkeit zur Ausspülung von Fäkalien und Toilettenpapier aus liegenden Schmutzwasserleitungen ist abhängig von der Rohrweite und vom Füllungsgrad. Für die Nennweiten 60 bis 100 liegt sie bei einem Füllungsgrad h/d > 0,3 in einem Bereich von vkrit = 0,35 bis 0,42 m/s (s. Tabelle 2). Bei einem kleineren Füllungsgrad von h/d = 0,1 bis 0,3 sind die Werte für vkrit in Tabelle 2 um rund 10% zu erhöhen.

Das Mindest-Rohrsohlengefälle für liegende Schmutzwasserleitungen kann entsprechend den Angaben in Tabelle 2 direkt von der Mindest-Fließgeschwindigkeit abgeleitet werden, da es die Voraussetzung für den Strömungsvorgang ist. Die einzuhaltenden Werte liegen erheblich unter den Vorgaben in der DIN 1986-1.

Der Mindest-Füllungsgrad für liegende Schmutzwasserleitungen zur Ausspülung von Fäkalien und Toilettenpapier kann mit h/dmin = 0,2 angenommen werden. Auch eine Unterschreitung bis auf h/d = 0,1 ist vertretbar. Zu berücksichtigen ist in beiden Fällen ein Zuschlag von rund 10% auf die Mindest-Fließgeschwindigkeit.

Bild 6: Klosettkombination Nordic 392 (AW) und 394 (IS) mit aufgesetztem Spülkasten für ein Spülwasservolumen 4 oder 2,5 Liter (Sphinx Gustavsberg).

Die Firma Spinx Gustavsberg brachte 1997 ein weiterentwickeltes Wasser-Sparsystem für die Klosettspülung heraus. Dieses besteht aus bodenstehenden Tiefspülklosetts mit tiefhängendem oder aufgesetztem Spülkasten (Bild 6), aus wandhängenden Tiefspülklosetts mit Wandeinbauspülkästen und erfordert nach dem Prüfbescheid die Kombination mit einem Abflußverstärker (Bild 7) in der Abflußinstallation. Die mit Zwei-Mengen-Spültechnik eingerichteten Spülkästen sind bei Vollspülung mit einem Spülwasservolumen von 4 l, bei Teilspülung mit einem Spülwasservolumen von 2,5 l zu betreiben. Die Abflußverstärker mit einem Fassungsvermögen von 14 l für Ein- und Zweifamilienhäuser und mit 18 l für mehrgeschossige Gebäude haben die Anschlußweite DN 100. Nach den herstellerseitigen Planungsrichtlinien beträgt beim Leerlaufen des Abflußverstärkers der Füllungsgrad der Leitung maximal 70%. Tatsächlich wird jedoch nur ein Füllungsgrad von etwa 20% (h/d = 0,2) erreicht. Nach dem Prüfzeugnis kann die Klosettanschlußleitung auch in DN 80 ausgeführt werden, wenn maximal 2 Klosettbecken angeschlossen werden.

Bild 7: Funktionsdarstellung des Abfluß-Sammelhebers (Sphinx Gustavsberg)
a) Der Sammelheber füllt sich bis zum Überlauf a.
b) Der nächste Wasserzufluß bewirkt einen Überlauf mit Heberwirkung, wodurch der gesamte Inhalt abgeleitet wird.
c) Der Sammelheber ist für die folgende Füllung bereit.

Klosett-Einzel- und Sammelanschlußleitungen können nach Feurich [22] und dem Europäischen Normentwurf DIN EN 12056-2 [23] ohne weiteres in der Nennweite 60 und 70, Schmutzwasser-Falleitungen bis zu 22 übereinanderliegenden Wohngeschossen in der Nennweite 80 zur Ausführung kommen. Dafür spricht, daß kleinere Nennweiten durch einen vergleichsweise größeren Füllungsgrad ein besseres Ausspülverhalten besitzen.

Die günstigsten Ausspülverhältnisse wurden bei einer Einzelanschlußleitung DN 70 mit einem Rohrsohlengefälle von 10 bis 20 mm/m erreicht [22]. Beispielsweise ergab sich bei Klosett II mit Wandeinbauspülkasten bei einem Spülwasservolumen von 2,5 bis 3,0 l an der Meßstelle M1 ein Füllungsgrad von h1/di = 0,398 bis 0,419, der sich bis zur Meßstelle M2 auf h2/di = 0,330 bis 0,365 verringerte (s. Tabelle 9).

Bei der Dimensionierung der Schmutzwasser Falleitung kommt es darauf an, daß deren Nennweite eine Dimension größer als die der Klosett-Sammelanschlußleitung ausgeführt wird. Entsprechend der Darstellung in Bild 8 wird mit einer reduzierten Anschlußweite sichergestellt, daß der Falleitungsquerschnitt nicht vom zufließenden Abwasser abgeschlossen wird. Die Luftzirkulation der Falleitung bleibt erhalten und deren Belastbarkeit nicht eingeschränkt. Die Anschlußleitung selbst besitzt bei den ermittelten Füllungsgraden < 0,5 eine gute Luftzirkulation, so daß eine Selbstabsaugung angeschlossener Geruchverschlüsse nicht eintreten kann.

Bild 8: Falleitungsabzweig 88,5 mit reduzierter Anschlußweite - gute Luftzirkulation in der Anschluß- und in der Falleitung und keine Geruchverschluß-Absaugung.

Zusammenfassung

Nach dem vorliegenden Kenntnisstand aus der Praxis, der bis auf das Jahr 1957 zurückgeht, auf Grund herstellerseitig vorliegender Untersuchungsergebnisse aus dem Jahre 1976 sowie mehrerer Forschungsarbeiten aus den Jahren 1979, 1980, 1990 und 1998, muß bei den in der DIN 1986 festgeschriebenen Dimensionsgrundlagen - Mindest-Fließgeschwindigkeit, Mindest-Rohrsohlengefälle, Basiswerten für die Nennweite, Anschlußwerte - von einer mangelhaften Bearbeitung, wenn nicht von einer bewußten Manipulation gesprochen werden. Es kann natürlich auch sein, daß man die DIN 1986 bei einer durchaus gegebenen sicheren Funktion unserer Entwässerungsnetze für nicht verbesserungsbedürftig hält. Letzteres kann beispielsweise aus folgender Angabe des Zentralverbandes Sanitär Heizung Klima vom 21. 11. 95 betreffend den Einspruch zum Europäischen Normentwurf DIN EN 12056 [23] geschlossen werden: "Ein solches Vorgehen würde die sichere Funktion unserer Entwässerungsnetze in Frage stellen."


L i t e r a t u r :

[ 9] DIN 1986-2, 03.95 . . .; Ermittlung der Nennweiten für Abwasser- und Lüftungsleitungen.

[10] Knoblauch, Hans-Joachim: Eine neue Dimension - Nennweite 80 für Klosettanschlußleitungen zugelassen, sbz Heft 2/1990. Gentner Verlag, Stuttgart.

[11] Kuhn, Berthold u. Bauermeister, Bodo: Aus der Arbeit des Sachverständigenausschusses "Sanitärausstattungsgegenstände und Abwasserhebeanlagen", 1993. Institut für Bautechnik, Berlin.

[12] Feurich, Hugo: Die hydraulische Dimensionierung von Abwasserleitungen, IKZ-HAUSTECHNIK, Heft 23/1990, 3 und 7/1991. Strobel-Verlag, Arnsberg.

[13] ATV A 110, 08.88, Richtlinien für die hydraulische Dimensionierung und den Leistungsnachweis von Abwasserkanälen und -leitungen. Gesellschaft zur Förderung der Abwassertechnik e.V., St. Augustin.

[14] Macke, E.: Über Feststofftransport bei niedrigen Konzentrationen in teilgefüllten Rohren.

[15] Kiefer, W.: Ausgewählte hydraulische und statische Gesichtspunkte für Planung und Bau von Abwasserkanälen, Steinzeug-Information Heft 1/71. Fachverband Steinzeugindustrie e.V., Köln.

[16] Bösch, Karl: Wassersparen mit dem Spülkasten, Der Sanitärinstallateur Heft 10/1976. Buchdruckerei und Verlag Aargauer Tagblatt AG, CH Aarau.

[17] Gockel, Berthold: Spüleigenschaften von Klosettanlagen, Forschungsbericht F 5/78, Januar 1979. Technische Universität Braunschweig.

[18] Grasmeier, Karl: Einschränkung des Wasserverbrauchs (Spülwasserverbrauch von Klosettanlagen), Forschungsbericht F 1652, April 1980, Landesgewerbeanstalt Bayern. IRB Verlag, Stuttgart.

[19] Knoblauch, Hans-Joachim: Forschungsbericht Klosettanlagen
- Neue Kriterien für die Spülwirkung, September 1980. Technische Fachhochschule Berlin.

[20] Feurich, Hugo: Klosett-Anschlußleitungen DN 70, 80 oder 100? - Kleinere Nennweiten durch hydraulische Dimensionierung, gi Gesundheits Ingenieur Heft 1/1993. R. Oldenbourg Verlag, München.

[21] Feurich, Hugo: Das Drei-Liter-WC aus Berlin - Ergebnisse experimenteller Untersuchungen, SANITÄR + HEIZUNGS TECHNIK Heft 10/96. Krammer Verlag, Düsseldorf.

[22] Feurich, Hugo: Forschungsbericht Untersuchungen zur Wassereinsparung bei der Klosettspülung und zu kleineren Rohrweiten bei der hydraulischen Dimensionierung der Zufluß- und Abwasserleitungen; Brandenburgische Technische Universität Cottbus, 1998. Eigenverlag Hugo Feurich, Berlin.

[23] E DIN 12 056-2, 10.95, Schwerkraftentwässerungsanlagen innerhalb von Gebäuden; Schmutzwasseranlagen, Planung und Berechnung.

[24] Heinrichs, Rickmann, Sondergeld, Störrlein: Gebäude- und Grundstücksentwässerung, Kommentar zu DIN 1986; 1. Auflage 1995. Beuth Verlag GmbH, Berlin - Wien - Zürich.


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