Diplomarbeit von Stephan Hoffmann

Diplomarbeit von Stephan Hoffmann
Kostenminimierung und Effizientzsteigerung der dynamischen Wasserrohrnetzbeobachtung
Herr Hoffmann arbeitet bei der Firma RBG (Rohrnetzbaugesellschaft) Iserlohn bei Rückfragen bitte an Herrn Hoffmann wenden.
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1. Einleitung
Wasserverteilungsanlagen unterliegen Alterungsprozessen sowie äußeren und inneren Beanspruchungen, aufgrund derer sie nicht auf Dauer dicht bleiben. Durch diese Undichtigkeiten in den Trinkwassernetzen gehen Jahr für Jahr große Wassermengen, allein in den alten Bundesländern 8 % - 9 %, in den neuen Ländern geschätzte 25 % - 30 % der geförderten und aufbereiteten Menge verloren. Diese Verluste verursachen enorme Kosten für die Versorgungsunternehmen, die diese Ausgaben ihrerseits auf den Wasserpreis umlegen. Schon dies allein ist ein Grund, Undichtigkeiten weitestgehend zu vermeiden oder zumindest schnellstmöglich zu entdecken und zu beseitigen, wobei Sach- und Personenschäden durch unkontrollierte Leckagen weitere Kosten für das Versorgungsunternehmen als Verursacher hervorrufen können.
Auch der Umweltaspekt spielt hierbei eine entscheidende Rolle. Zwar ist in unseren Breiten noch genügend Trinkwasser vorhanden, doch müssen große Versorgungsgebiete mit dichter Bevölkerung ihr Wasser aus immer entfernteren Quellen beziehen, um nicht ganze Landstrichen trocken zu legen und der natürlichen Vegetation durch Grundwasserabsenkungen die Lebensgrundlage zu entziehen.
Letztendlich kann nur ein durch Überwachung in einem optimalen Zustand gehaltenes Trinkwassernetz die Grundsätze der Wasserversorgung - ausreichende Menge, einwandfreie Beschaffenheit und mit erforderlichem Druck - erfüllen. Aus hygienischer Sicht müßte sogar ein dichtes Netz gefordert werden.
Ein dynamisch beobachtetes Trinkwassernetz wurde bei den Stadtwerken Lüdenscheid GmbH in den Jahren 1974 bis 1988 aufgebaut. Zu dieser Zeit waren Wasserverluste in Höhe von 16,9 % zu beklagen. Durch eine Aufteilung des Netzes in Druckzonen und später in kleinere Meßzonen, die mit festgelegter Fließrichtung über Woltmanzähler kontrolliert werden können, war es möglich, den Wasserverlust auf unter 4 % zu senken.
Um diesen Erfolg erreichen zu können, mußten jedoch immense finanzielle Mittel zum Aufbau des überwachten Rohrnetzes eingesetzt werden. So kann der Einbau eines Zählers in das Netz inklusive des Schachtes, der um ihn errichtet werden muß, DM 35.000,-1) und mehr kosten.
Aufgabe dieser Diplomarbeit ist es, Möglichkeiten und Wege aufzuzeigen, um diese Ausgaben zur Errichtung eines dynamisch beobachteten Wasserrohrnetzes unter Einbezug von modernsten Meßtechniken zu senken und gleichzeitig eine höhere Meßgenauigkeit zu erreichen.

2. Grundlagen der Wasserrohrnetzbeobachtung
Im Kapitel ĄGrundlagen der Wasserrohrnetzbeobachtung" sollen die verschiedenen Arten der Wasserverluste sowie die Möglichkeiten, Verlustmengen messen und Leckagen orten zu können, beschrieben werden.

2.1. Definitionen der Verlustarten
In der Trinkwasserversorgung werden unterschiedliche Arten von Wasserverlusten definiert.

2.1.1. Spezifischer Wasserverlust
Im Gegensatz zum relativen Wasserverlust, bei dem der festgestellte Wasserverlust mit der Gesamtfördermenge an Trinkwasser ins Verhältnis gesetzt wird, ist der spezifische Wasserverlust eine Kenngröße, die die Versorgungsstruktur einbezieht. Sie stellt die Verlustmenge pro Stunden und Länge des Versorgungsnetzes1) dar. Dieser Wert bietet eine bessere Vergleichbarkeit verschiedenartiger Netze als der relative Wasserverlust.
Im DVGW-Arbeitsblatt 391 [1] wird dieser Wert in Abhängigkeit von der überwiegenden Bodenart, wie in Abbildung 2-1., dargestellt. Der spezifische Wasserverlust sollte demnach im schraffierten Bereich liegen, anzustreben ist der untere Bereich des Diagramms.

2.1.2. Scheinbare Verluste
Unter den scheinbaren Verlusten versteht man Wasserverluste, die nicht auf Undichtigkeiten, sondern auf Meßfehler oder Fehlertoleranzen der Meßeinrichtungen, Schleichverluste1) in den Meßeinrichtungen der Kundenanlagen im Anlaufbereich, unkontrollierte Entnahme bei Leitungsspülungen und Löschwasserentnahme zurückzuführen sind. Sie werden auf 0,1 bis 0,15 m≥/h◊km geschätzt und können ein Drittel, bei guten Netzen auch die Hälfte der Wasserverluste ausmachen.

2.1.3. Tatsächliche Verluste
Tatsächliche Wasserverluste entstehen durch Leckagen an Verteilungs- und Speicheranlagen, also durch Schäden, Mängel oder Bedienungsfehler an Wasserleitungen, Armaturen, Speicherbehältern, Druckerhöhungs- oder Druckminderungsanlagen. In Tabelle 2-1. sind einige Auslaufmengen bei unterschiedlich großen Undichtigkeiten und Drücken angegeben.

Durchmesserder Öffnung Verlustmenge in m≥/h
in mm 1bar 2 bar 3 bar 4 bar 5 bar 6 bar 7 bar
0,5 0,010
0,014 0,017 0,020 0,022 0,024 0,026
1,0 0,040
0,056 0,069 0,079 0,089 0,097 0,105
1,5 0,089
0,126 0,154 0,178 0,199 0,218 0,236
2,0 0,158
0,224 0,274 0,317 0,354 0,388 0,419
2,5 0,248
0,350 0,429 0,495 0,553 0,606 0,655
3,0 0,356
0,504 0,617 0,713 0,797 0,873 0,943
3,5 0,485
0,686 0,840 0,970 1,085 1,188 1,284
4,0 0,634
0,896 1,098 1,267 1,42 1,55 1,68
4,5 0,802 1,134 1,389 1,604 1,79 1,96 2,12
5,0 0,990
1,400 1,715 1,980 2,21 2,43 2,62
6,0 1,426 2,016 2,469 2,852 3,19 3,49 3,77
7,0 1,941
2,744 3,361 3,881 4,34 4,75 5,13
8,0 2,53 3,58 4,39 5,07 5,67 6,21 6,71
9,0 3,21
4,54 5,56 6,42 7,17 7,86 8,49

Verlustmengen aus Öffnungen verschiedenen Durchmessers und bei unterschiedlichen Drücken
2.2. Erkennen von Leckstellen
Ein Rohrbruch ist nur sehr selten durch aus dem Boden austretendes Wasser erkennbar. Die Feststellung einer Undichtigkeit im Netz kann durch akustische und den Durchfluß messende Methoden erfolgen.

2.2.1. Akustische Methoden
Einige der akustischen Methoden werden im folgenden beschrieben.

2.2.1.1. Abhorchen
Eine Möglichkeit, Wasserverluste festzustellen und aufzudecken, ist das regelmäßige Abhorchen des Versorgungsnetzes. Dabei wird das Netz im ungünstigsten Fall einmal im Jahr abgehorcht, zumeist nachdem bei der Jahresabrechnung Differenzen aufgetreten sind. Effektiver ist es, wenn das Rohrnetz regelmäßig abgeschritten und an jedem Hausanschluß, Schieber und Hydranten mit Hilfe eines Abhorchgerätes kontrolliert wird.
usw....


 

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