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Trinkwasserversorgung in hohen Gebäuden: ­Hygienisch sichere und wirtschaftliche Wasser­versorgung mit Druckerhöhungsanlagen

Mit Anlagen der „ComBo“-Reihe präsentiert Biral geregelte Druck­erhöhungsanlagen mit bis zu vier parallel geschalteten Pumpen. Bild: Biral

Druckerhöhungsanlage der Baureihe „Hydro MPC“ (Grundfos). Es können bis zu sechs vertikale, mehrstufige Hochdruckpumpen der Baureihe „CRE“ über eine Steuerung geregelt werden. Bild: Grundfos

Wilo hat das herstellerunabhängige Serviceangebot „WiloCare“ für Druckerhöhungs-, Feuerlösch- und Abwasseranlagen entwickelt. Dabei werden Anlagen per Fernzugriff überwacht. Bei Unregelmäßigkeiten des Betriebs erhält der Techniker eine Meldung. Bild: Wilo

KSB offeriert u. a. die Druck­erhöhungsanlage „Delta Compact“. Die Anlagen sind mit und ohne Trinkwasserzulassung erhältlich und dadurch für ein breites Anwendungsspektrum geeignet. Bild: KSB

Drehzahlgeregelte Druckerhöhungsanlagen sparen Energie und schonen Rohre und Armaturen. Für die Nachrüstung hat Xylem den Regler „Hydrovar“ herausgebracht, der auf jede Pumpe mit Norm­motor nachgerüstet ­werden kann. Bild: Xylem

 

Die Urbanisierung ist ein bleibender Trend. Wenn Menschen enger zusammenrücken, müssen die Gebäude höher werden – Drucker­höhungsanlagen zur Versorgung der Bewohner mit Trinkwasser ­gewinnen an Bedeutung. Sie versorgen auch Feuerlöschanlagen. Was bietet der Markt an, was ist Stand der Technik?

Wenn Paul Stattmüller morgens im Bad seiner Eigentumswohnung im 10. Stock des Big Tower House das Duschwasser aufdreht, hat dieses Wasser schon viele Pumpstationen durchflossen: Von der Unterwasserpumpe im Brunnen über die Netzpumpe des Versorgers bis hin zu den Druckerhöhungsanlagen im Gebäude. Bei allen hat der TGA-Planer die schon immer empfohlenen Details einer guten Pumpenauslegung zu beachten (Arbeitspunkt nahe dem optimalen Betriebspunkt der Pumpe, hydraulisch korrekte Dimensionierung der Rohrleitungen), zudem die heute verfügbaren Technologien zur Ener­gieeinsparung (effiziente Motoren, Frequenzumformer zur Drehzahlregelung). Bei Druckerhöhungsanlagen sind weitere Überlegungen anzustellen. Regional unterschiedliche Vorschriften der Wasserversorger (WVU) sowie der Baubehörden geben den technischen Rahmen bei der Auswahl der Pumpen, der Anschlussart oder Aufstellung einer Druckerhöhungsanlage zumeist vor. Ansonsten werden Aufbau und Funktion in DVGW-Arbeitsblättern und der DIN 1988-500 beschrieben.
Üblicherweise reicht der Mindestversorgungsdruck der kommunalen Wasserwerke für eine ortsübliche Bebauung mit Ein- und Mehrfamilienhäusern aus. Armaturen mit höherem Komfortanspruch, Filter und Wasserbehandlungsanlagen wie Enthärter erhöhen die Druckverluste – mit der Folge, dass DEA zunehmend auch in Wohnungsbauten mit wenigen Geschossen zum Einsatz kommen.
Dazu bietet Biral neben den weiterhin erhältlichen ungeregelten Anlagen (in Deutschland wenig nachgefragt) auch geregelte Druckerhöhungsanlagen für jedes Bedürfnis an: Die „ComBo“ sind mit mehrstufigen, horizontalen Hochdruckpumpen („ComBo easy“) erhältlich – gedacht für Einfamilien- oder Ferienhäuser mit ungenügendem oder schwankendem Netzdruck – oder mit bis zu vier mehrstufigen vertikalen Hochdruckpumpen („ComBo 1x HP-E“ oder „ComBo 2x HP-E“ bis „ComBo 4x HP-E“), konzipiert für große Anlagen wie in Spitälern, Hotels oder Bürogebäuden.
Bisher bot DAB Pumpen Druckerhöhungsanlagen des Typs „E.syline“ für kleinere Wohngebäude bis zu sechs Etagen (neun Wohnungen), als auch für größere Objekte bis zu neun Etagen (17 Wohnungen) an. Jetzt gibt es für die Wohnung oder das Einfamilienhaus die Produktlösung „E.sybox mini³“: Kompakt in den Abmessungen mit Integration von Pumpe, Inverter und Ausdehnungsgefäß verspricht dieser Pumpentyp einen flüsterleisen Betrieb.

Druckzonen erhöhen die Flexibilität
Grundsätzlich ist zu untersuchen, ob die DEA für ein ganzes Gebäude oder nur für einige Etagen erforderlich ist. An der hydraulisch ungünstigsten Entnahmestelle muss ein Mindestfließdruck (0,5 bis 1,5 bar) verfügbar sein.

Einzel-Druckerhöhungsanlage
Eine Einzel-Druckerhöhungsanlage übernimmt die Wasserversorgung vom Keller bis zu der am weitesten entfernten Entnahmestelle. Grundsätzlich können solche Anlagen mit oder ohne Unterbrechungstanks konfiguriert werden.

  • Vorteile: Nur eine Steigleitung erforderlich (einfache Ausführung). Kein Platz in den oberen Stockwerken erforderlich.
  • Nachteile: Zu hoher Druck in den unteren zehn Etagen des Gebäudes (Druckminderungsventile und für Hochdruck geeignete Rohrleitungen erforderlich).

In Zonen unterteilte ­Druckerhöhungsanlagen
Das Gebäude ist in Druckzonen von acht bis zehn Etagen unterteilt, wobei jede Druckzone durch eine Druckerhöhungsanlage im Keller über zugeordnete Steigleitungen versorgt wird.

  • Vorteile: Höhere Flexibilität und Sicherheit. Kein Platz in den oberen Stockwerken erforderlich. Kostengünstiger Betrieb, da kein Restdruck vorhanden.
  • Nachteile: Höhere Anfangskosten als bei Anlagen mit einer Zone. Hoher statischer Druck in den oberen Druckzonen (druckfeste Rohrleitungen erforderlich).

Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen sollte die DEA bei mehreren Druckzonen so hoch wie möglich aufgestellt werden. Jedoch wird sie aus baulichen Gründen wie Deckenbelastung, Raummangel, Betriebsüberwachung und Geräuschminderung zumeist im Kellergeschoss aufgestellt.

Dachtankanlagen
Dachtankanlagen sind insbesondere in den USA weit verbreitet. Eine Pumpe im Keller füllt den Dachtank über eine Schwimmersteuerung. Auf diese Weise sorgt der Dachtank sowohl für den Wasserdruck als auch für die Wasserversorgung.

  • Vorteile: Ausgereifte Technologie. Kleine Druckerhöhungsleistung, da der Dachtank als Puffer wirkt. Reservekapazität im Dachtank.
  • Nachteile: Höhere Anfangskosten als bei Anlagen mit einer Zone. Hoher statischer Druck in den oberen Druckzonen (druckfeste Rohrleitungen erforderlich).

Die DIN 1988-500 fordert u. a. bei der Förderung von Trinkwasser betriebsfertig eingebaute Reservepumpen. In begründeten Einzelfällen kann bei der Versorgung mit Trinkwasser mittels einer DEA auf die Reservepumpe verzichtet werden. KSB beschreibt das so: „Überall da, wo bei Ausfall der DEA keine lebensnotwendigen Bedürfnisse berührt werden.“ Dies gelte z. B. in Wochenendhäusern, Jagdhütten usw., dort könne man eine DEA ohne Reservepumpe einbauen und betreiben. Immer sei jedoch die zuständige Behörde zwecks Genehmigung anzusprechen.
Die zu erwartenden Verbrauchsschwankungen im Gebäude zwingen den TGA-Planer dazu, die DEA auf den maximal zu erwartenden Nennvolumenstrom (Gleichzeitigkeitsfaktor des Gebäudes) auszulegen. Die meiste Zeit ist der Förderstrombedarf jedoch sehr viel geringer. Die beste Lösung ist deshalb zumeist, mehrere kleine Pumpen parallel zu installieren, die über eine Mehrpumpensteuerung geregelt werden.
Bei den DEA-Lösungen von Grundfos sitzen die Pumpen eng nebeneinander auf einer gemeinsamen Grundplatte. Verrohrt werden muss nur noch der zentrale Sammelverteiler. Kompakt aufgebaut und leise im Betrieb, kommen die Anlagen drehzahlgesteuert mit wenig Energie aus. Die Steuerungen für diese Anlagen ermöglichen eine effiziente Regelung und Überwachung von bis zu sechs Pumpen. Für die Konstantdruckregelung sind die Anlagen mit einem Drucksensor ausgestattet, der den Istwert mit dem Sollwert vergleicht und den Wert an die Steuerung weiterleitet.
Unterschiede ergeben sich durch die Art der Regelung:

  • Kaskadenregelung (schaltet die Pumpen druckabhängig ein und aus),
  • stufenlose Drehzahlregelung einer oder aller Pumpen.

Die Auslegung derartiger Anlagen erfolgt mithilfe von Belastungsprofilen, die das Verbrauchsverhalten über den Tag abbilden. Sie geben Aufschluss darüber, wie lange eine Pumpe in einem bestimmten Betriebsbereich läuft.
Durch das Umrüsten einer konventionellen Druckerhöhungsanlage mit fester Drehzahl zu einer drehzahlgeregelten Anlage kann der Energieverbrauch um bis zu 50 % gesenkt werden, so die Erfahrungen bei Xylem. Voraussetzung ist ein Drehzahlregler, der für das bestehende System kompatibel ist. Das gilt etwa für den „Hydrovar“, ein Drehzahlregler der Marke „Lowara“. Sie können laut Xylem auf jede vorhandene Druckerhöhungsanlage nachgerüstet werden. Der Einbau der Frequenzumformer sei für erfahrene Pumpenmonteure schnell und einfach möglich, so der Anbieter.

Konstruktive Gestaltung der Pumpen
Für den Betrieb einer DEA ist wichtig, dass die Wasserqualität nicht negativ beeinflusst wird. Eine wichtige Voraussetzung hierzu ist, dass es beim Betrieb einer DEA und den dazugehörenden Komponenten zu keiner Stagnation kommen kann. Da in einem geschlossenen System eine gesundheitliche Beeinträchtigung des Trinkwassers von außen nicht zu befürchten ist, ist der unmittelbare Anschluss – die direkte Verbindung der DEA mit der Versorgungsleitung – dem mittelbaren Anschluss über Vorlaufbehälter oder stationäre Trinkwasserbehälter vorzuziehen.
Als Lösung für Kleinobjekte präsentiert KSB die DEA des Typs „Delta Compact“: Die Anlagen sind mit und ohne Trinkwasserzulassung erhältlich und dadurch für ein breites Anwendungsspektrum geeignet. Einsatzgebiete sind die Wasserversorgung von Wohn- und Bürogebäuden sowie Brauchwasseranlagen in Gewerbe und Industrie.
Auch Wilo hat mit der DEA des Typs „SiBoost Smart Helix Excell“ die Trinkwasserhygiene im Blick. Ausstattbar mit zwei bis vier drehzahlgeregelten Pumpen sichert diese DEA die Wasserversorgung in Gebäuden sowie Industriebetrieben.
Grundsätzlich ist zu beachten, dass es im Anlagenaufbau sowie durch die Betriebsweise zu keiner Stagnation des Trinkwassers mit der Gefahr einer Verkeimung kommt. Folgende Maßnahmen verringern nach Erfahrung von KSB die Stagnationsgefahr:

  • durchströmte Membrandruckbehälter,
  • automatischer Pumpenwechsel aller Pumpen,
  • möglichst geringe Tot­räume in wasserführenden Komponenten,
  • Zwangsspülung von stagnationsgefährdeten Rohrabschnitten.

Wichtig bei der Beurteilung von Pumpen ist das Kriterium „Low Thermal Impact“ (geringer Wärmeeintrag in das Trinkwasser). Je effizienter eine Pumpe arbeitet, des­to weniger (Reibungs-)Verluste werden in Wärme umgewandelt. Das Trinkwasser wird weniger erwärmt (reduziertes Verkeimungsrisiko) und die Wirtschaftlichkeit einer Druckerhöhungsanlage ist höher (geringere Betriebskosten).
Folgende Faktoren können zu einer Wassererwärmung in den DEA-Komponenten – drucklose Vorbehälter, Pumpen, Rohrkomponenten und Membranbehälter – beitragen:

  • erhöhte Umgebungstemperatur am Aufstellungsort,
  • längere Zeiten mit geringen Abnahmen (Bürogebäude am Wochenende),
  • Erwärmung durch den Pumpvorgang (Verlustwärme).

Diese Faktoren können durch einen geeigneten Aufstellungsort und durch das rechtzeitige Abschalten der Pumpen bei Mindest-/Nullabnahme eliminiert werden.

DEA in der Löschwasserversorgung
In Hochhäusern können laut bvfa (Bundesverband Technischer Brandschutz) unterschiedliche Systeme zur Druckregulierung von Löschwasseranlagen eingesetzt werden. Es gibt keine starren Festlegungen, welches System das richtige ist. Entscheidend sind die örtlichen Gegebenheiten, z. B. Gebäudehöhe, Gebäudetyp, Bestand etc., sowie das Brandschutzkonzept und die Anforderungen der Brandschutzbehörden.
Generell zu beachten ist, dass die Löschwassermengen und Druckbereiche in allen Einsatzbedingungen einzuhalten sind. Zudem sollte eine Löschwasseranlage mit möglichst wenigen Schaltkomponenten betrieben werden, da mit jeder zusätzlichen Schaltfunktion das Ausfallrisiko steigt. Daher sind die Anlagen bevorzugt mit mechanischen Komponenten auszurüsten. Bei Neubauten ist für jede Druckzone eine separate Steigleitung zu bevorzugen. Bei Bestandsgebäuden ist es aus wirtschaftlichen und technischen Gründen meist nicht möglich, mehrere Druckzonen nachträglich zu installieren. Die Alternative ist der Einsatz von Armaturen zur Druckminderung.

Fazit
Druckerhöhungsanlagen nach dem Stand der Technik sind nicht nur energieeffizient, sie sind auch hygienisch sicher und arbeiten vollautomatisch. Trotz modernster Technik und plug & play-Philosophie vieler Anbieter ist der Planer wie der Installateur gehalten, sorgfältig zu planen und auszuführen.

Autor: Hans-Jürgen Bittermann, freier Journalist


Klassische Fehler bei der Planung einer DEA

  • Es fehlen Planungsdaten hinsichtlich des Versorgungsnetzes: Netzdruck, Druckschwankungen, Anschlussnennweiten, Besonderheiten, Rückfragen beim zuständigen WVU. Und Verbraucherdaten liegen nicht vor: Was soll tatsächlich alles „versorgt“ werden, Feuerlöschbedarf, Anschlussnennweiten, ausreichend genaue Berechnung des Spitzendurchflusses, Gleichzeitigkeitsfaktor, Art der zu versorgenden Einheiten, wie konstant muss der Versorgungsdruck sein, Bedarfsprofil, Spitzenlastanteil, Schwachlastphasen.
  • Aufstellort der DEA ist nicht genügend hinterfragt: Platzbedarf, Zugänglichkeit, Abflussmöglichkeiten, Lärmbelästigungen.
  • Art der Druckkonstanz ist nicht definiert (Regelgüte des Druckes): reicht eine einfache Kaskadenschaltung aus oder ist ein Druck hoher Konstanz erforderlich („ungeregelte“ oder „geregelte“ DEA erforderlich); das Verbrauchsanforderungsprofil liegt nicht vor.
  • Investitions- und Betriebskosten einer Wasserversorgungsanlage: Sehr häufig wird die Entscheidung zum Kauf einer DEA ausschließlich nach dem vorhandenen Budget getroffen. Die späteren Betriebskosten werden nicht berücksichtigt, da diese Mittel meist aus einem „anderen Topf“ kommen.

 

 

 

 


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