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Kevin Friedrich
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1 Platzhalter für Bild, Bild auf Titelfolie hinter das Logo einsetzen Wasserversorgung II Übung zur Vorlesung Wasserver- und Abwasserentsorgung Betül Morcali, M.Sc

2 Agenda Aufgabe der Wasserversorgung Bestandteile der Wasserversorgung Wasserversorgungsnetze Berechnungsbeispiele Verästelungsnetz Ringnetz Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 2

3 Die Aufgabe der Wasserversorgung Welche Aufgabe hat die Wasserversorgung? Die Wasserversorgung hat die Aufgabe, den angeschlossenen Verbrauchern Wasser in genügender Menge und mit ausreichender hygienischer, chemischer und physikalischer Qualität zur Verfügung zu stellen Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 3

4 Bestandteile der Wasserversorgung Wasserbeschaffung die Gewinnung des Wassers für den menschlichen Gebrauch Grundwasser, Quellwasser, Flusswasser Wasseraufbereitung ein Rohwasser mit variabler Qualität physikalisch, chemisch und hygienisch so weit aufzubereiten, dass es beim Verbraucher noch die erforderlichen Eigenschaften besitzt Enthärtung, Fällung und Flockung, Entsäuerung, Desinfektion Wasserspeicherung bei einer gleichmäßigen Wasserförderung und einem ungleichmäßigen Wasserverbrauch eine permanente Versorgung zu gewährleisten Hochbehälter, Tiefbehälter, (Speichervolumenberechnung) Wasserverteilung den Transport des Trinkwassers zum Endverbraucher sicherzustellen Wasserversorgungsnetze Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 4

5 Hydraulische Berechnung von Wasserversorgungsnetzen Der maximale Durchfluss in den einzelnen Rohrleitungssträngen setzt sich folgendermaßen zusammen: Haushaltsbedarf Sonderbedarf (Gewerbe, Industrie, Krankenhäusern, Schulen usw.) Löschwasserbedarf Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 5

6 Ziele der Rohrnetzberechnung Ermitteln des günstigsten Rohrdurchmessers für den Durchfluss Q. Berechnen des Druckverlaufs und der Durchflüsse bei gegebenen Einspeisungs- und Entnahmemengen. Fließgeschwindigkeit: 0,3 m/s v min < 2 m/s Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 6

7 Hydraulische Berechnung von Wasserversorgungsnetzen Verästelungsnetze Metermengenwert Ringnetze Umwandlung in ein Verästelungsnetz Iterationsverfahren nach Cross über Druckhöhenausgleich Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 7

8 Wasserversorgungsnetze Verästelungsnetz Pro contra definierte Strömungsverhältnisse durch Wasseraufteilung leicht zu erweitern günstig, da Verringerung der Rohrnennweiten mit abnehmendem Durchfluss große Druckverluste/ Druckschläge bei Bruch großflächiger Ausfall in Endsträngen oft schlechte Durchflutung Ringnetz hohe Betriebs- und Störsicherheit gleichmäßige Druckhöhen guter Wasseraustausch teurer: größere Leitungslängen und Nennweiten aufwändige Berechnung Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 8

9 Verästelungsnetz Versorgungsgebiet 0,8 km DN (100) HB 4 km DN (103) 1 km DN (102) 0,5 km DN (101) 1,3 km DN (100) 0,7 km DN (100) Ortsteil A Q = 15 L/s Industrie Q = 20 L/s Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 9

10 Verästelungsnetz Gegeben: Einwohnerdichte: Wi = 200 E/ha Gesamtfläche: Fi = 40 ha Spezifischer Verbrauch: qd = 150 L/(E*d) Stundenspitzenfaktor: fh = 2,5 Rauhigkeit: Versorgungsleitung: Transportleitung: kiv = 0,4 mm kit = 0,1 mm Nennweiten der Einzelstränge Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 10

11 Verästelungsnetz Gesucht: Metermengenwert m Mindesthöhe des Wasserspiegels im Hochbehälter (HB), wenn Versorgungsdruck nicht < H p,min = 30 mws (= 3 bar) sein darf Höhe der Drucklinie Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 11

12 Verästelungsnetz Grundlagen der Berechnung Was ist der Metermengenwert m? Gibt den Wasserverbrauch in L/s an, wenn über die Gesamtlänge des Versorgungsnetzes gleichmäßig Wasser entnommen würde. m Q Σ l [L/(s m)] Ermittlung der Durchflüsse erfolgt entgegen der Fließrichtung bis zum Beginn des Versorgungsnetzes. Bei jeder Verzweigung wird die Summe der Durchflüsse Einzelstränge gebildet. In Summe muss sich der Gesamtbedarf des Gebietes ergeben Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 12

13 Verästelungsnetz Berechnung des Metermengenwertes 1. Schritt: mittlere Tageswassermenge Qd Q d = W i * F i * q d = 200 E/ha * 40 ha * 150 L/(E*d) = L/d m³/d Q d = m³/d Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 13

14 Verästelungsnetz Gegeben: Einwohnerdichte: Wi = 200 E/ha Gesamtfläche: Fi = 40 ha Spezifischer Verbrauch: qd = 150 L/(E*d) Stundenspitzenfaktor: fh = 2,5 Rauhigkeit: Versorgungsleitung: Transportleitung: kiv = 0,4 mm kit = 0,1 mm Nennweiten der Einzelstränge Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 14

15 Stundenspitzenfaktor Wasserverbrauch einer englischen Kleinstadt während einer Fußballübertragung bei der EM in Portugal: Anpfiff Halbzeit Abpfiff Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 15 (Skript Kap )

16 Verästelungsnetz Berechnung des Metermengenwertes 2. Schritt: Maximaler Stundenverbrauch Max Q h = Q d * f h / 24 (h/d ) mit Q d = m³/d = m³/d * 2,5 / 24 = 125 m³/h = 34,72 L/s max Q h = 34,72 L/s Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 16

17 Verästelungsnetz Berechnung des Metermengenwertes 3. Schritt: Rohrnetzlänge l = l 1 + l 2 + l 3 = 2200 m m m = 4300 m 4. Schritt: Metermengenwert l = 4300 m m Q h l 34,72 L/s 4300 m m = 0,00807 L/(s*m) mit Q h = 34,72 L/s m = 0,00807 L/(s*m) Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 17 (Skript Kap )

18 Verästelungsnetz Versorgungsgebiet 0,8 km DN (100) 5 (100) HB 4 km DN (103) 1 km DN (102) 0,5 km DN (101) 1,3 km DN 200 0,7 km DN (100) Ortsteil A Q = 15 L/s Industrie Q = 20 L/s Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 18

19 Verästelungsnetz Listenrechnung Strang Länge L Metermengenwert m Einzelne Strangbelastung Q m Zusätzliche Strangbelastung Q i Gesamte Strangbelastung Q ges k i DN v J h v =J*L h v Min. Versorgungsdruck Hochbehälter Höhe der Drucklinie - m L/(s*m) L/s L/s L/s mm mm m/s o/oo m m m ü. NN m ü. NN m ü. NN , , , , , HB ,1 300 HB Gewählt: Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 19

20 Druckabfalltafel für k i =0,1 mm Für Strang 1-HB: 1 m/s 300 mm 69,7 L/s Q g = 69,7 L/s DN = 300 mm v abgelesen = 1,0 m/s J abgelesen = 2,9 m/km Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 20 2,9 m/km

21 Ringnetze Umwandlung in ein Verästelungsnetz Festlegung von Wasserscheiden im Netz Bedingungen für WS überprüfen Q = v = 0 (Fließrichtungsumkehr) Versorgungsdruckhöhe h V,links = h V,rechts Berechnung der Druckverluste über eine Listenrechnung Iterationsverfahren nach Cross Druckhöhenausgleich Durchflussmengenausgleich Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 21

22 Berechnung von Ringnetzen Beispiel Skript Kap Einspeisung 100 L/s 20 m ünn 19 m ünn 18 m ünn 15 L/s l 1 = 200 m 10 L/s l 2 = 300 m l 3 = 400 m 20 L/s 19 m ünn 25 L/s 18 m ünn 19 m ünn 30 L/s Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 22

23 Berechnung von Ringnetzen Umwandlung in ein Verästelungsnetz oder Iterationsverfahren nach Cross Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 23

24 Bedingungen für Iterationsverfahren Summe der Zuflüsse = Summe der Abflüsse Summe der Druckhöhenverluste jeder Masche = 0 Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 24

Berechnung von Ringnetzen Iterationsverfahren nach Cross 2 mögliche Herangehensweisen: Druckhöhenausgleich Durchfluss anpassen Ausgleich

25 Berechnung von Ringnetzen Iterationsverfahren nach Cross 2 mögliche Herangehensweisen: Druckhöhenausgleich Durchfluss anpassen Ausgleich der Druckhöhen Durchflussmengenausgleich Druckhöhen anpassen Angleichen der Durchflussmengen Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 25

Cross Verfahren: Druckhöhenausgleich Herangehensweise: l 1 = 200 m Einspeisung 100 L/s K1 1 20 L/s K4 45,0 L/s 20 m ünn 19 m ünn l 2 = 300 m Rauheit K iv = 0,4 mm, min.

26 Cross Verfahren: Druckhöhenausgleich Herangehensweise: l 1 = 200 m Einspeisung 100 L/s K L/s K4 45,0 L/s 20 m ünn 19 m ünn l 2 = 300 m Rauheit K iv = 0,4 mm, min. Versorgungsdruck = 30 mws 2 55,0 L/s + 25,0 L/s 4 25,0 L/s K2 K L/s 50 L/s 1. Benennen der Knoten 2. Benennen der Stränge 3. Festlegen der Fließrichtung (Spalte 2) 4. Benennen der Durchflüsse in den Strängen Qo (Spalte 6) Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 26

27 250 mm 45 L/s 5. Ablesen der Druckverlusthöhe J (Spalte 7) aus dem entsprechenden Nomogramm. d = 250 mm bei Q 0 = 45 L/s ergibt: J = 4,0 m/km Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 27 4

28 Cross Verfahren: Druckhöhenausgleich 6. Ermittlung der Verlusthöhe h v (Spalte 8) h v [m] = Jo [m/km] * l [m] Spalte [7] * Spalte [3]/ 1000 Beachten der Vorzeichen! h v /Q [s/m²] (Spalte 9) Spalte [8]/Spalte [6] Beachten der Betragsklammer! Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 28

29 Cross Verfahren: Druckhöhenausgleich 7. Berechnen des Korrekturglieds Q [m³/s] (Spalte 10) ΔQ 2 h h v v /Q Beachten des neg. Vorzeichens! Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 29

30 Cross Verfahren: Druckhöhenausgleich 8. Wenn Q 0 berechnen von Q neu mit Q (Spalte 12) Q neu = Qo * Strömungsrichtung + Q Spalte [6] * Spalte [2] + Spalte [10] Beachten des Vorzeichens! 9. ITERATION: Neue Berechnung ab (Spalte 6) mit Q neu bis Q = 0 ist. Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 30 (Skript Kap )

31 Cross Verfahren: Druckhöhenausgleich Berechnung für Masche A Vorzeichen! pos. Vorz.!neg. Vorz.! Vorzeichen! Strang Strömungs- d l ki Qo Jo hv =Jo*l h v /Q hv Q Q ΔQ Nr. richtung [7]*[4]/1000 [8]/[6] 2 h /Q Ring B neu - - mm m mm m³/s m/km m s/m² m³/s m³/s m³/s [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] ,4 0,0450 4,0-0,80 17,78-0, ,4 0,0550 5,9 1,77 32,18 0, ,4 0,0250 4,0 0,80 32,00-0,0002 0, ,4 0,0250 4,0-1,20 48,00-0,0272 0,57 129,9596-0, ,0472 4,4-0,88 18,65-0, ,0528 5,4 1,62 30,68 0, ,0226 3,3 0,66 29,20 0,0002 0, ,0272 4,7-1,41 51,85-0,0272-0,01 130,38 0,0000 v Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 31

32 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Übung Wasserversorgung-II 11. Mai 2016 Folie 32

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