Abflußleistung

Badeteich mit Überlaufrinnen. Die Ablaufleitungen der Rinnen (DN 100) gehen auf eine Sammelrohrleitung mit schließlich 40 m³/h. Wegen Schwallwasser (Kabbelwasser) ist eine Bemessung für mal 1,5 - also 60 m³/h zu machen. Praktisch die ganze Sammelleitung liegt unter dem Abflußniveau. Jede Abflußleitung muß 1,7 l/s verkraften.

Bei Auslauf frei würde DN 100 etwa 3 l/s schaffen. Durch den Strömungswiderstand und eingeschlossene Luft bei Überlastung werden noch nicht mal die 1,7 l/s geschafft. Durch den Strömungswiderstand liegt die Freispiegelhöhe natürlich über dem Abflußniveau.

Wie tief müßte im Rohrsystem die Freispiegelhöhe sein, damit die 1,7 l/s geschafft werden?

Evtl. Literatur dazu?

 

ernste Frage

Wir haben im Ort einen Naturbadeteich gebaut. Als Mitglied von Gemeindevertretung und Bauausschuß kümmere ich mich auch um die Mängelfreiheit des Baus.

Und an der Hydraulik des Teiches stimmt was nicht - und ich versuche den Fehler zu finden. Etwas habe ich mich schon in die Problematik eingearbeitet - aber noch reicht es nicht, deswegen meine Bitte um Hilfe.

Aber da es Verständnisschwierigkeiten gibt, zuerst die Beschreibung:

Die Badeanlage besteht aus einem ca. 1000 m² großen Badeteich und einem ca. 800 m² großem Regenerationsteich. Im ruhigen Regenerationsteich leben in Schilf und anderen Wasserpflanzen Mikroben, die das Badewasser biologisch reinigen. Zur Funktion der Anlage muß ein Wasserkreislauf existieren.

Dazu ist die Wasserspiegelhöhe des Regenerationsteiches ca. 0,7 m unter der Wasserspiegelhöhe des Badeteiches. Nun wird über eine Pumpe das saubere Wasser des Regenerationsteiches in den höher gelegenen Badeteich gepumpt und zwar 2000 m³/Tag, also ca. 60 m³/h oder 17 l/s. Diese zugepumpte Wassermenge läuft über in Rinnen mit einer Gesamtlänge von 19 m. Von diesen Rinnen läuft das Wasser im Freigefälle durch Rohrleitungen und ein Filter in den tiefergelegenen Regenerationsteich.

Die Rinnenkante ist praktisch ein Wehr, über den das Wasser in den Rinnenkasten läuft. An der Seitenwand des Rinnenkastens (Länge 1,5 m) ist am Boden ein 100 mm horinzontales Abflusrohr, dem alsbald ein KG-Bogen folgt, das weitere Rohr führt dann zur Sammelleitung, die unter dem Wasserspiegel des Regenerationsteiches liegt.

Prinzipiell müßte es jetzt so sein, daß die Wasserstandshöhe im Rinnenkasten ca. gleich dem Mittelpunkt des Abgangsrohres ist. Als Freispiegelabfluß soll dann das Wasser in das Abgangsrohr fließen.

Zur Erläuterung: Eine Freispiegelleitung ist ein Graben oder auch ein geschlossenes Rohr, bei dem über der Wasseroberfläche sich noch Luft befindet. Ein offener Graben ist natürlich bei beliebigen Durchflüssen immer ein Freispiegel, die Grabenränder werden nur ggf. bei hohen Flüssen überflutet (die Elbe voriges Jahr). Ein Rohr hat eine beschränkte Durchflußleistung, wenn der Freispiegel erhalten bleiben soll.

Bei den Rinnen, die in der Nähe des Filters in die Sammelleitung münden, funktioniert das Ganze auch so, wie gewollt. Aber am Ende läuft die Rinne voll über und es kommt dadurch nicht mehr zum Freispiegelabfluß.

Der Freispiegelfluß kann natürlich nicht in der Sammelleitung sein, da sich das Rohrsystem zumindest bis zur Höhe des Regnerationsteiches mit Wasser füllt. Beim Abfluß wird durch den Rohrreibungswiderstand die Wasserstandshöhe in der Sammelleitung steigen, so daß der Höhenunterschied Höhe des Wasserstandes in der Sammelleitung und Ablaufhöhe der Rinne immer geringer wird, um so weiter der Einlauf in die Sammelleitung vom Filter entfernt ist - und wenn dieser Höhenunterschied zu gering wird, ist die Freispiegelabflußleistung des Rinnenabgangsrohres überfordert und es ist kein Freispiegelabfluß mehr, sondern der volle Querschnitt ist gefüllt (ggf. wird der Querschnitt noch durch eingeschlossene Luftblasen vermindert) und die Rinne läuft über. Wie müssen nun die Höhenverhältnisse oder anderes sein, damit auch am Ende der Freispiegelablauf bleibt?

Über eine Hilfe würde ich mich freuen.

 

Auf die Berechnung der Hydraulik, die der Planer hat machen lassen, warte ich trotz mehrfachen Nachstoßens immer noch. Das Bad ist schon in Betrieb und das Ganze muß in Ordnung gebracht werden. Hilflose Hilfsmaßnahme des Planers: Wehr um 3 mm erhöht.

Evtl. in den Abfluß des Filters eine Pumpe einbauen - dann könnte es gehen, aber die wirksame Filterfläche würde reduziert, wenn der Wasserspiegel im Filterschacht abgesenkt wird. Außerdem käme eine Pumpe als Wartungsteil dazu. Vielleicht würde es auch helfen das Abgangsrohr nicht horizontal, sondern beispielsweise mit 45° einzuschweißen, daß die Freigefälleleistung steigt.

Da der Planer hilflos ist und Ebel immer wieder den Mangel bei Baubesprechungen anspricht, ist der Planer schon leicht sauer.

Nochmal die Höhenverhältnisse bei Höhe des Badeteiches 0 m:
Höhe des Rinnebodens ca. -0,15 m
Höhe Mittelpunkt Abflußrohr ca. -0,1 m
Höhe Zufluß Filter ca. -0,65 m
Höhe Abfluß Filter ca. -0,68 m
Höhe Wasserspiegel Regenerationsteich ca. -0,7 m

Was ich noch nicht weiß:
Höhe geplanter Wasserspiegel am Ende der Sammelleitung
Höhe Ist-Wasserspiegel am Ende der Sammelleitung

Wenn da z.B. -0,15 m rauskommt wäre der Funktionsmangel ganz klar. Aber wie weit müßte der Wasserspiegel im Filterabfluß gesenkt werden für eine ordnungsgemäße Funktion (vielleicht -0,9 m?) oder reicht es, die Abgangsrohre anders einzuschweißen?

 

Hat so etwas davon

Das Filter ist nicht das Problem. Beim Anlaufen des Kreislaufs blieb sehr viel Feinschmutz im Filter hängen, so daß die Filtermatte oft durch eine neue ersetzt werden mußte (war einkalkuliert). Eine neue Filtermatte hat einen Druckhöhenverlust von nur wenigen cm. Die gesamte Filterhöhe ist ca. 1,20 m. Wenn der Wasserspiegel um beispielsweise 0,2 m abgesenkt wird, ist die benutzte Filterhöhe nur noch 1,0 m. Nimmt man an, daß der Durchfluß proportional der Druckhöhe ist, wird der Druckhöhenverlust zwar größer, bleibt aber trotzdem nur einige cm. Und das Schlimmste was passieren könnte, wäre eine Abhängigkeit hoch 2/3, dann wäre der Druckhöhenverlust zwar noch etwas mehr, bliebe aber im cm-Bereich.

Wenn da nicht so jemand wäre, der zumindest etwas Ahnung hat

wäre alles in Ordnung. "das ist bloß so, weil das Kabbelwasser, die Rinnen zum Überlaufen bringt. Da schweißen wir ein Stück Folie drauf und alles ist in Ordnung." Wie zu erwarten hat, haben 3 mm Wehrerhöhung nichts gebracht und Wellenbewegung ist auch an den Rinnen, die nicht überlaufen.

Wir bleiben schon dran, das der Planer das Problem eigentlich selber lösen muß, aber der Bearbeiter im Amt war im Urlaub, den Planer habe ich schon einige Wochen nicht gesehen (kann Zufall sein).

Hier mal ein Bild vom Bad (rechts der Badeteich, links der Regenerationsteich). Aber wenn Fehler vorliegen, erklären ja viele Planer, daß keine Fehler vorliegen - also brauche ich genügend Wissen, damit ich nicht mit dummen Sprüchen abgespeist werden kann. Wieder das alte Lied, wer sich einen Baubetreuer einspart, der hat schlechte Karten. Nun haben wir den Baubetreuer nicht eingespart, wir sind im Gemeinderat 2 Fachleute und im Bauauschuß sogar 3 - aber nicht bei jede Frage kann man alles wissen und von den Nichtfachleuten kommen dann noch Bemerkungen wie "dafür ist doch der Fachplaner da" und so weiter, da verliert schon Mancher die Lust und sagt im Stillen, wie ? (weiß jetzt nicht genau): "dann macht euren Dreck doch alleine."

 

Und noch ein Mangel

Im Bauantrag ist auch der Wasserdurchfluß mit eingereicht und damit auch Bestandteil der Baugenehmigung. Aber sicherheitshalber ist ein Meßgerät für den Durchfluß eingespart. Die Pumpleitung ist eine ca. 100 mm-Leitung und Platz ist wenig. Wir waren uns einig, das wir den Durchfluß messen müssen - aber wie? Ein Wasserzähler mit ca. 30 l/s Durchfluß ist nicht gerade klein, ein Durchflußkegel zur Anzeige des Volumenstroms hat eine gewisse Länge und ein MHD-Messer kostet Einiges. Und die Gemeinden haben kein Geld. Was tun? Etwas den Durchfluß abgeschätzt auf Grund der Überlaufhöhe der Wehre. Dürfte aber unter 60 m³/h sein, ist aber unzuverlässig.

 

Ich verweise noch einmal auf das Bild von der Badanlage. Links vorn ist das Kinderplanschbecken, da ist alles in Ordnung. Links hinten ist der Regenerationsteich. Unmittelbar neben dem Regenerationsteich ist der Filterschacht, von dem das Wasser in den Regenerationsteich fließt.

Hier ist noch mal der ursprüngliche Plan, da ist noch die Wasserhöhe des Regenerationsteiches mit -1,5 m angegeben, die ist jetzt nur -0,7 m. In diesem Plan ist der Regenerationsteich oben, der eigentliche Badeteich in der Mitte rechts.

Am Ufer des Badeteichs sind die Überlaufrinnen, wo der Wasserüberschuß (hervorgerufen durch den Zufluß der Umwälzpumpe) abfließt. Die Rinnen mit einer Gesamtlänge von 19,5 m sind relativ gleichmäßig am Umfang verteilt. Zum Filterschacht gehen 2 Sammelleitungen, eine auf der einen Seite des Badeteichs, die andere auf der anderen Seite. Entsprechend der Anzahl der Rinnen, die an die Sammelleitung angeschlossen sind, muß die eine Sammelleitung 20 m³/h zum Filterschacht bringen, die andere 40 m³/h. Wegen der Wellenbewegung müssen die Sammelleitungen auf das 1,5-fache also die stärker belastete auf 60 m³/h ausgelegt sein (größer 200 mm DN). Nun könnte theoretisch die Sammelleitung versandet sein, aber das ist unwahrscheinlich. Damit durch eine vollgefüllte Rohrleitung sich ein Durchfluß einstellt, muß eine Druckdifferenz vorhanden sein. Die Drücke kann man auch als Wasserhöhen angeben - und die maximale Druckdifferenz für den Ablauf kann 0,55 m WS sein: die Differenz zwischen Höhe Rinnenboden (-0,15 m) und Höhe Wasserspiegel Regnerationsteich (-0,70 m). Wenn diese Druckhöhe aber gebraucht wird, um 60 m³/h durch die Sammelleitung zu drücken, ist kein Gefälle an der Rinne mehr um das Wasser so zu beschleunigen, daß es durch durch den Rinnenanschluß läuft. Folge: die Rinne läuft über.

 

Muß ich mal suchen.

Ansonsten mal eine grobe Skizze des Leitungsplans.

Die 3-m-Rinnen haben 2 Abläufe DN 100. Auch die Leitungsdurchmesser sollen jetzt etwas größer sein.

 

Mal mein Excel-Berechnungsblatt bei Norm-Ablauf. In Zelle B1 ist der Normwert.

Das Freigefälle hinter der Rinne ist als Differenz Rinnenboden - Druckhöhe ausgerechnet.

Im nächsten Beitrag ist der Normstrom wegen der Wasserbewegung um 50 % erhöht.

Komischerweise kann ich Bilder nur im Modus ändern anhängen.

 

Hierbei ist das Freigefälle sogar negativ, aber die Rohrdurchmesser sollen gegenüber der Planung erhöht sein erhöht sein. Aber es könnten auch noch Rechenfehler sein.

 

MHD und MID

MHD und MID - die beiden Begriffe habe ich synomym benutzt. MHD (magneto-hydro-dynamischer Generator) und MID (magnetisch-induktiver Durchflußmesser) sind der gleiche Aufbau und haben nur unterschiedliche Zielrichtung. Senkrecht zur Strömungsrichtung des leitfähigen Mediums (heißes Gas oder Flüssigkeit mit einer gewissen Restleitfähigkeit wie das Badewasser) wird ein Magnetfeld angelegt. Die durch die Strömung bewegten Ladungsträger im Medium werden durch das Magnetfled abgelenkt und sammeln sich in der 3. Richtung an den Außenwänden. Beim MHD soll das soviel sein, daß man elektrische Energie abnehmen kann, beim MID reicht schon die Spannung, die proportional der Strömungsgeschwindigkeit ist.

Deswegen das Kunststoffrohr, das glücklicherweise vorhanden ist. Ein Eisenrohr würde das Magnetfeld kurzschließen und jedes leitfähige Rohr die entstehende Spannung.

Der MID hätte den Vorteil, daß man eine Fernanzeige machen kann, da ja sowieso Elektronik gebraucht wird. Aber ich muß auch mal noch Bauanleitungen googln. Aber vielleicht finden Sie Herr Plewka den Link.