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Erika Hausler
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1 Platzhalter für Bild, Bild auf Titelfolie hinter das Logo einsetzen Wasserversorgung II Übung zur Vorlesung Wasserver- und Abwasserentsorgung Dipl.-Ing. Rosa Dellbrügge 10. Mai 2017

International Study Day der Fakultät 3 am 23. Mai 2017 16:30 Uhr Eröffnung des International Study Day (Dekan der Fakultät 3, Professor Dr.

2 International Study Day der Fakultät 3 am 23. Mai :30 Uhr Eröffnung des International Study Day (Dekan der Fakultät 3, Professor Dr. Wolfgang Durner) 16:35 Uhr Wege ins Ausland Wir stellen unsere Partner vor (Fakultät 3, Verena Henze, Stefanie Theil) 17:00 Uhr Fördermöglichkeiten weltweit (International Office, Björn Mehlhorn) 17:20 Uhr Warum ein Auslandsaufenthalt? Eine Fragerunde an Lehrende der Fakultät 3 17:50 Uhr Preisverleihung Fotowettbewerb und Rundgang Fotoausstellung Anschließend: Get Together (Informationen zu unseren Austauschpartnern von Studierenden vor Ort bei Snacks und Getränken) 19:30 Uhr Ende Einsendeschluss Fotowettbewerb: 11. Mai UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 2

3 Hydraulische Berechnung von Wasserversorgungsnetzen Verästelungsnetze Metermengenwert Ringnetze Umwandlung in ein Verästelungsnetz Iterationsverfahren nach Cross über Druckhöhenausgleich UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 3

4 Wasserversorgungsnetze Verästelungsnetz Pro definierte Strömungsverhältnisse durch Wasseraufteilung leicht zu erweitern günstig, da Verringerung der Rohrnennweiten mit abnehmendem Durchfluss Contra 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 aufwendige Berechnung UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 4

5 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 UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 5

6 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 UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 6

7 Verästelungsnetz Gegeben: Einwohnerdichte: W i = 200 E/ha Gesamtfläche: F i = 40 ha Spezifischer Verbrauch: q d = 150 L/(E*d) Stundenspitzenfaktor: f h = 2,5 Rauhigkeit: Versorgungsleitung: Transportleitung: k iv = 0,4 mm k it = 0,1 mm Nennweiten der Einzelstränge UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 7

8 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 UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 8

9 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 UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 9

10 Verästelungsnetz Berechnung des Metermengenwertes 1. Schritt: mittlere Tageswassermenge Q d 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 UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 10

11 Verästelungsnetz Gegeben: Einwohnerdichte: W i = 200 E/ha Gesamtfläche: F i = 40 ha Spezifischer Verbrauch: q d = 150 L/(E*d) Stundenspitzenfaktor: f h = 2,5 Rauhigkeit: Versorgungsleitung: Transportleitung: k iv = 0,4 mm k it = 0,1 mm Nennweiten der Einzelstränge UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 11

12 Stundenspitzenfaktor Wasserverbrauch einer englischen Kleinstadt während einer Fußballübertragung bei der EM in Portugal: Anpfiff Halbzeit Abpfiff UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 12

13 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 UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 13

14 Verästelungsnetz Berechnung des Metermengenwertes 3. Schritt: Rohrnetzlänge Σ l = l 1 + l 2 + l 3 = 2200 m m m = 4300 m 4. Schritt: Metermengenwert Q m = h l = 34, L/s m mit Q h = 34,72 L/s m = 0,00807 L/(s*m) UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 14

15 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 UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 15

16 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 Σh 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: UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 16

17 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 UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 17

18 Druckabfalltafel für ki=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 UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 18 2,9 m/km

19 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 UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 19

20 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 UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 20

21 Ringnetz zur Wasserversorgung 34 L/s 12,3 L/s Zufluss A B C Gesamtfläche: F i = 30 ha Einwohnerdichte: W i = 200 E/ha Spez. Wasserverbrauch: q d = 125 L/(E*d) Stundenspitzenfaktor: f h = 2,0 Rauheit: k i,v = 0,4 mm UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 21 E 31,4 L/s D

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 UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 22

23 Berechnung von Ringnetzen Umwandlung in ein Verästelungsnetz oder Iterationsverfahren nach Cross UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 23

24 Bedingungen für Iterationsverfahren Summe der Zuflüsse = Summe der Abflüsse Summe der Druckhöhenverluste jeder Masche = 0 UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 24

25 Berechnung von Ringnetzen Iterationsverfahren nach Cross 2 mögliche Herangehensweisen: Druckhöhenausgleich Durchfluss anpassen Ausgleich der Druckhöhen Durchflussmengenausgleich Druckhöhen anpassen Angleichen der Durchflussmengen UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 25

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) UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 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 UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 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! UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 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! UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 29

30 (Skript Kap ) 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. UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 30

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 /Q h v v 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 Σ = 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 Σ = -0,01 130,38 0,0000 v UE Wasserversorgung-II 10. Mai 2017 Folie 31

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