Hebeanlagen. zur Entwässerung von Niederschlagsflächen. Für Abwasserhebeanlagen. Besser maximale Sicherheit ausschöpfen als den Keller leerpumpen

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1 Hebeanlagen zur Entwässerung von Niederschlagsflächen Besser maximale Sicherheit ausschöpfen als den Keller leerpumpen Die Ableitung des Regenwassers von Grundstücksflächen über Hebeanlagen birgt ein Schadensrisiko, wenn die Pumpen zu knapp ausgelegt sind oder eine im Gebäudeinneren installierte Anlage bei Ausfall eine Überflutung verursacht. Der Beitrag beleuchtet die Vorgaben der geltenden Regelwerke, vergleicht diese mit dem Risikopotenzial und erläutert, warum im Zweifelsfall die strengeren Anforderungen der europäischen Normung herangezogen werden sollten. Vorgestellt werden außerdem Hebeanlagen in vorinstallierten Fertigschächten und innovative Pumpensteuerungen. Der auftriebssichere Kunststoffschacht PKS 800 von Jung Pumpen ist als Sammelschacht für die Entsorgung von Abwasser aus der Grundstücksentwässerung konzipiert und kann mit Einzel- oder Doppeltauchpumpenanlagen bestückt werden. Die Fertigpumpstationen des Herstellers verfügen über eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (ABZ). Bild: Jung Pumpen Für Abwasserhebeanlagen zur Entwässerung von Niederschlagsflächen lassen die geltenden Regelwerke DIN EN Teil 4 und die nationale Norm DIN teilweise unterschiedliche Planungsansätze zu. Bei der parallelen Anwendung beider Normen tauchen deshalb Fragen auf. So gibt die europäische Norm DIN EN Teil 4 im Abschnitt 5.1 zunächst vor, dass Oberflächenwasser, das außerhalb des Gebäudes unterhalb der Rückstauebene anfällt, getrennt vom häuslichen Abwasser und über eine Abwasserhebeanlage zu fördern ist, die außerhalb des Gebäudes installiert ist. Unterscheidung nach Beschädigungspotenzial bei Überflutung Ergänzende Hinweise für die Auslegung ergehen aus der nationalen Norm DIN Diese lässt als Ausnahme zu, bei kleinen Flächen mit Gefälle zu Eingängen des Gebäudes die Abwasserhebeanlage auch innerhalb des Gebäudes zu installieren. Diese Möglichkeit ist nach EN nicht vorgesehen. Der Abschnitt in DIN besagt außerdem, dass Hebeanlagen zur Entwässerung von Flächen unterhalb der Rückstauebene so auszulegen sind, dass bei Auftreten eines Jahrhundert- Regenereignisses für Gebäude oder Sachwerte keine Gefahr durch Überflutungsschäden droht. Zu diesen Flächen rechnet die Normung beispielsweise Haus- und Kellereingänge, Garageneinfahrten oder Innenhöfe. Eine weitere Unterscheidung bezieht sich auf große Flächen unterhalb der Rückstauebene, wenn im Fall der Überflutung Gebäude oder Sachwerte nicht gefährdet sind. In solchen Fällen kann zur Auslegung der Hebeanlage eine geringere Bemessungsregenspende herangezogen werden. Pumpen-Auslegung kann Überdimensionierung ergeben Für den Fall, dass durch Überflutung verursachte Schäden von Gebäude und Sachwerten abzuwehren sind, ist die Hebeanlage somit für das Auftreten eines Jahrhundert- Regenereignisses mit der Bemessungsregenspende r (5,100) auszulegen. Besteht durch 28 IKZ-Haustechnik Heft 3 /2007

2 eine zeitweise Überflutung einer unterhalb der Rückstauebene gelegenen Fläche weder für Gebäudeteile noch für Sachwerte eine Beschädigungsgefahr, ist die von der Hebeanlage abzuführende Niederschlagsmenge mit dem Wert r (5,2) zu bemessen. Damit wird der Fünfminutenregen bezeichnet, der einmal in zwei Jahren auftreten kann. Doch wie das Berechnungsbeispiel (siehe Tabelle) zeigt, ergeben sich daraus bei der Ermittlung der Pumpenförderleistung zumindest für Flächen bis etwa 20 m² keine nennenswerten Unterschiede. Der Grund dafür ist, dass zur Bemessung des Förderstroms von einer geforderten Mindestfließgeschwindigkeit von 0,7 m/s in der Druckleitung auszugehen ist. Umso größer wäre dagegen das Risiko für den Betreiber und auch für den ausführenden SHK-Fachbetrieb, wenn im tatsächlichen Schadensfall untersucht wird, welche Norm zur Auslegung herangezogen wurde. gleichzeitigem Stromausfall wäre damit ein überfluteter Keller vorprogrammiert, falls die Tauchpumpenanlage in einem offenen Schacht installiert ist. Was im Sinne der Norm außerdem unter kleinen Flächen zu verstehen ist, darüber trifft die Norm im betreffenden Abschnitt keine eindeutige Aussage. Lediglich der vorhergehende Abschnitt , nachdem das Niederschlagswasser kleiner Flächen bis etwa 5 m² versickert werden kann, bietet dazu einen ungefähren Anhaltspunkt. Gebäudeversicherungen prüfen kritisch Für Grundstücks- und Gebäudeeigentümer gehören Überflutungsschäden durch Oberflächenwasser und Kanalrückstau zu den am meisten gefürchteten Szenarien möglicher Schadensfälle. Unkalkulierbare Regenmengen ergießen sich auf versiegelte Grundstücksflächen und überfluten zunächst Straßen Herstellerübersicht (Auswahl) Grundfos GmbH Jung Pumpen GmbH Kessel GmbH KSB Aktiengesellschaft und Wege, dann Keller und möglicherweise Wohnräume. Durch Überbauung natürlicher Böden gehen kontinuierlich Versickerungsflächen für Regen- und Oberflächenwasser verloren. Sogenannte Jahrhundert-Regenfälle sind gebietsweise auch schon in jährlichen Abständen aufgetreten und veranlassen Grundstückseigentümer zur Suche nach Maßnahmen, das Regenwasser vom Haus fernzuhalten. Zumal auch Gebäudeversicherungen aufgrund der sich häufenden Schadensfälle kritischer prüfen, ob der Schaden durch geeignete Maßnahmen zu verhindern gewesen wäre. Hier stellt sich die Frage, ob ausreichende Sicherheit gegeben sein kann, wenn Niederschlagswasser zuerst ins Gebäude geführt und von dort über eine Hebeanlage in die Kanalisation gehoben wird. Regenwasser sollte draußen bleiben Mit der Größe der Niederschlagsfläche steigt auch das Schadensrisiko. Es erscheint daher ab bestimmten Größenordnungen angebracht, eher die Vorgaben der DIN EN Teil 4 anzuwenden und die Möglichkeit zur Aufstellung einer Hebeanlage außerhalb des Gebäudes zu prüfen. Für Objekte wie Wohnhäuser mit großen Grundstücken, Bürogebäude, Gewerbeobjekte, Wohnanlagen und Tiefgaragen bietet sich beispielsweise die Verwendung von Fertigpumpstationen an, die Es stellt sich unabhängig von der zugrundegelegten Norm die Frage, warum Niederschlagswasser zuerst ins Haus geleitet werden soll, wo es dem Gebäudeeigentümer zum Verhängnis werden kann, gibt Marco Koch, Produktmanager Haustechnik beim Hersteller Jung Pumpen, zu bedenken. Ebenso kritisch betrachtet er auch die Möglichkeit, bei kleinen Flächen nach DIN die Hebeanlage auch im Gebäudeinneren aufstellen zu können. Damit würde Niederschlagswasser zunächst ins Gebäude geleitet, um es von dort wieder nach draußen zu pumpen. Bei Gewitterregen und KSB bietet für Abwasser-Tauchpumpen das schwimmerlose Regelsystem ICS an. Eine Software simuliert dabei die Steuerlogik einer konventionellen, schwimmergeschalteten Abwasserhebestation. Anlagen mit Standardtauchpumpen können nach Informationen des Herstellers ohne besondere Modifikationen zu automatisch arbeitenden Pumpstationen umgerüstet werden. Bild: KSB Heft 3 /2007 IKZ-Haustechnik 29

3 Die Pumpstationen von Anbietern wie Grundfos, Jung Pumpen, Kessel oder KSB werden mit speziellen Kunststoffschächten geliefert. Das im Vergleich zu Betonschächten um bis zu 90 % geringere Gewicht vereinfacht den Transportaufwand und die Einbringung vor Ort. Der Vorteil des geringen Gewichts erfordert jedoch die Sicherung gegen Auftrieb bei hohem Grundwasserstand. Die Hersteller versehen ihre Schächte deshalb mit Ausformungen, um die Pumpstation im Boden zu halten. Die Ausformungen ermöglichen auch, dass die Zahl der Schaltspiele optimiert werden kann und Ablagerungen vermieden werden. Um einen Kunststoffschacht direkt auf gewachsenem Boden aufstellen zu können, muss das verwendete Behältermaterial dauerhaft so biegeelastisch sein, dass bei eventuellen Erdsenkungen keine Rissbildungen auftreten können. Bei der Planung sollte außerdem darauf geachtet werden, ob eine befahrbare Ausführung erforderlich ist. Neue Pumpensteuerungssysteme Der Schutz vor Wasser im Keller oder der Tiefgarage ist das vorrangige Ziel, wenn die Abwasserhebeanlage nach draußen verlagert wird. Neben dieser gebotenen Sicherheit wird auch kein Schacht und kein Platz für die Installation im Gebäudeinneren benötigt, zudem werden Geräuschbelästigungen durch Pumpenbetrieb und Druckschläge vermieden. Dafür ist bei Fertigpumpstationen die Funktionskontrolle nur eingeschränkt gegeben, wenn keine optische oder akustische Alarmgebung vorgesehen wurde. Zur Kontrolle muss der Anlagenbetreiber zunächst den Schachtdeckel öffnen. Um die Störanfälligkeit von Tauchpumpenanlagen zu minimieren, haben beispielsweise die Hersteller KSB und Grundfos Pumpensteuerungen entwickelt, die für zuverlässigen Betrieb und Eigenüberwachung sorgen sollen. Von KSB wird das Intelligent Control System (ICS) angeboten. Dahinter verbirgt sich eine rechnergestützte Regeleinheit, die in ein Kunststoffgehäuse integriert und seitlich an der Tauchmotorpumpe angebracht ist. In diesem Gehäuse befinden sich kapazitive Sensoren. Diese melden einem Prozessor, ob Wasser im Schacht ist, ob die Pumpe fördern soll oder ob Alarm ausgelöst werden muss. Eine Software simuliert die Steuerlogik einer konventionellen, schwimmergeschalteten Hebeanlage. Bei Doppelpumpenanlagen kann ICS ohne Zur Entsorgung von fäkalienfreiem Schmutzwasser aus dem Umfeld von Bürogebäuden, Einkaufszentren, Tiefgaragen und Sportarenen hat Grundfos sein Sortiment um ein Kunststoffschacht-Programm für Schmutzwasserpumpen ergänzt. Zusammen mit den Produktreihen von Pumpen und Steuerungen ergänzt der Anbieter die PE-Schächte zu vorgefertigten Entwässerungslösungen. Bild: Grundfos in Kunststoffschächten vormontiert sind und als komplette Einheit quasi direkt vom Lkw herunter eingebaut werden können. Für den Bauherrn entfällt damit der bauliche Aufwand für einen Pumpenschacht im Gebäudeinneren und gleichzeitig auch ein Risikofaktor. Die installationsfertige Vormontage mit vorbereiteten Kanalrohranschlüssen und elektroseitiger Vorbereitung ermöglichten eine rationelle Verarbeitung auf der Baustelle. Mit dem Hausanschlussschacht Univa-Plus will die Kessel GmbH neue Wege in der Grundstücks- und Gebäudeentwässerung aufzeigen. Rückstauwasser aus der Kanalisation wird damit bereits vor dem Gebäude abgefangen. Im Schacht können Hebeanlagen für die Grundstücksentwässerung oder zur Fäkalienentsorgung installiert werden. Bild: Kessel 30 IKZ-Haustechnik Heft 3 /2007

4 Auslegungsbeispiel für eine Abwasser-Hebeanlage zur Entwässerung von Niederschlagsflächen Das Bemessungsbeispiel bezieht sich auf die Unterscheidung der DIN , Abschnitt , für die Auslegung von Abwasserhebeanlagen zur Entwässerung von Flächen unterhalb der Rückstauebene: Abschnitt , Absatz 1: Abwasserhebeanlagen für Flächen, die bei Überfluten Gebäude oder andere Sachwerte gefährden können, sind für ein Jahrhundert- Regenereignis r (5,100) auszulegen. Abschnitt , Absatz 3: Abwasserhebeanlagen für Flächen, die bei Überfluten Gebäude oder andere Sachwerte nicht gefährden, sind mindestens für den Fünfminutenregen r (5,2), der einmal in zwei Jahren auftreten kann, zu bemessen. Vorgabe nach DIN , Abschnitt Berechnung des Regenwasserabflusses Mögliche Gefährdung von Gebäuden oder anderen Sachwerten bei Überfluten Keine Gefährdung von Gebäuden oder anderen Sachwerten bei Überfluten Bemessungsregenspende nach DIN Tab. A.1, gewählter Ort: Augsburg r (D,T) r (5,100) r (5,2) Bemessungsregenspende 595 l/(s ha) 285 l/(s ha) Niederschlagsfläche A 10 m 2 20 m 2 50 m 2 10 m 2 20 m 2 50 m 2 Abflussbeiwert C 1,0 1,0 Regenwasserabfluss 0,595 l/s 1,190 l/s 2,975 l/s 0,285 l/s 0,570 l/s 1,425 l/s Berechnung der Druckverluste aus Rohrleitungswiderständen Nennweite Druckleitung DN 32 DN 40 DN 40 DN 32 DN 32 DN 40 Rohrlänge 20 m 20 m Druckverlust aus Rohrreibung 0,502 m 0,419 m 0,746 m 0,511 m 0,511 m 0,604 m Druckverlust aus Einzelwiderständen 0,127 m 0,174 m 0,328 m 0,128 m 0,128 m 0,198 m Summe Rohrleitungswiderstände 0,629 m 0,593 m 1,074 m 0,539 m 0,539 m 0,802 m Fördermenge Q P (v min = 0,7 m/s) 1,19 l/s 4,28 m 3 /h 2,98 l/s 10,73 m 3 /h Geodätische Förderhöhe 3 m 3 m 1,43 l/s 5,15 m 3 /h Pumpenförderhöhe H man 3,629 m 3,593 m 4,074 m 3,539 m 3,539 m 3,802 m Der Regenwasserabfluss Q wird nach DIN Abschnitt ermittelt: Q = r (D,T) C A 1/10000 [l/s] Q Regenwasserabfluss [l/s] r (D,T) Berechnungsregenspende aus DIN Anhang A, Tabelle A.1 [l/s ha] C Abflussbeiwert C aus DIN , Tabelle 6 A zu entwässernde Niederschlagsfläche [m 2 ] Für das Auslegungsbeispiel wurden folgende Annahmen getroffen: Ort: Augsburg, Berechnungsregenspende: r (5,100) = 595 l/(s ha), r (5,2) = 285 l/(s ha) Abflussbeiwert C: für befestigte Fläche mit Fugendichtung / Betonflächen = 1,0 Niederschlagsflächen: 10 m 2, 20 m 2, 50 m 2 Druckleitung: PVC-Rohr, DIN 8061/8062, PN10 Rohrleitungswiderstände: 1 Rohrbogen 90, 1 Doppelrückschlagklappe, 1 Absperrschieber Geodätische Förderhöhe: 3 m Beurteilung der Ergebnisse: Für die Ermittlung der Pumpenförderhöhe ergeben sich aus der Gegenüberstellung der Berechnungen mit zwei verschiedenen Berechnungsregenspenden für kleinere Niederschlagsflächen Auslegungswerte, die nur unwesentlich voneinander abweichen. Dieses ist auch auf die bei geringen Fördermengen notwendige Überdimensionierung der Pumpen zurückzuführen, um die geforderte Mindestfließgeschwindigkeit von 0,7 m/s (entsprechend DIN b) und DIN EN ) zu erreichen. Die DIN lässt nach Abschnitt die Möglichkeit zu, für die Hebeanlage eine geringere Bemessungsregenspende zugrundezulegen, wenn bei Überfluten nicht von einer Beschädigungsgefahr von Gebäude und Sachwerten ausgegangen werden kann. Für die hier zugrundegelegte Größenordnung der Niederschlagsflächen erscheint es empfehlenswert, die Hebeanlage im Zweifelsfall für die Bemessungsregenspende r (5,100) auszulegen, da keine wesentlich höheren Investitionskosten zu erwarten sind. (Die Daten des Auslegungsbeispiels wurden zur Verfügung gestellt von Jung Pumpen, Steinhagen) Heft 3 /2007 IKZ-Haustechnik 31

5 eine elektrische Verbindung zur anderen Pumpe feststellen, ob die zweite Pumpe arbeitet. Der Pumpenbetrieb erfolgt bei jedem Einschaltvorgang wechselweise. Das System erfordert keinen Schaltschrank, sodass sich nach Informationen des Herstellers der Anschlussaufwand auf wenige Handgriffe reduziert. Der Pumpenhersteller Grundfos unterteilt die von ihm angebotenen Steuerungssysteme für das Pumpstationenprogramm in drei Anwendungsbereiche. Eine nach Herstellerangabe sichere und einfache Variante für den Einsatzbereich in Ein- und Mehrfamilienhäusern arbeitet mit pneumatischen Messglocken, die durch Veränderungen des Wasserstands ein Steuersignal generieren. Dabei befinden sich keine beweglichen Steuerteile im Wasser. Für den Einsatz in großen Pumpstationen, zum Beispiel für die Abwasserentsorgung von Mehrfamilienhäusern oder kommunalen Abwasseranlagen, setzt Grundfos auf die klassische Steuerung mit Schwimmerschaltern, dies jedoch auf einem höheren Sicherheitsniveau mit integrierter Funktionsüberwachung. Fazit Hebeanlagen zur Entwässerung von Niederschlagsflächen sollten, sofern dies unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten vertretbar ist, aufgrund auslegungstechnischer sowie versicherungsrechtlicher Gründe mit der Berechnungsregenspende für ein Jahrhundertregenereignis bemessen und außerhalb des Gebäudes installiert werden. 32 IKZ-Haustechnik Heft 3 /2007