Für Power im Rohr

Die Druckerhöhung zählt zu den häufigsten Anwendungsfällen für den Einsatz von Pumpen in der Gebäudetechnik. Beispiele hierfür sind die Trinkwasserversorgung in Wohngebäuden, Krankenhäusern, Hotelanlagen und Bürogebäuden oder die Bewässerung und Betriebswasserversorgung in Gewerbeobjekten. Eine DEA ist nach DIN 1988 Teil5 erforderlich, wenn die Summe aus geodätischem Druckverlust (Δp_geo), dem Druckverlust des Wasserzählers (Δp_WZ), Rohrreibungs- und Einzelwiderständen [Σ (R · l + Z)], den Druckverlusten von Apparaten (Δp_Ap) wie Filter oder Anlagen zur Trinkwassernachbehandlung größer ist als der Mindestversorgungsdruck pminV des Wasserversorgungsunternehmens:

p_{min V} – [Δp_geo + Δp_WZ + Σ (R · l + Z) + Δp_Ap]> p_vor [bar]

Je nach Art der zu versorgenden Entnahmestellen und sonstiger Verbraucher kann auch der Einsatz mehrerer Druckerhöhungsanlagen erforderlich sein, wenn unterschiedliche Anforderungen an Fließdrücke, Volumenströme und Wasserqualität zu erfüllen sind. So zum Beispiel im Erweiterungsneubau der Klinik Nürtingen, wo drei Druckerhöhungsanlagen verschiedener Leistungsgrößen und mit unterschiedlicher Pumpenanzahl in der Wasserversorgung für die nötigen Fließdrücke sorgen. Mit dem Neubau wurde die medizinische Versorgung für 200000 Menschen im südlichen Teil des Landkreises Esslingen dem Bedarf angepasst. Das Investitionsvolumen der gesamten technischen Gebäudeausrüstung beläuft sich auf eine Summe von rund 30 Millionen Euro; die Sanitärtechnik hat daran einen Anteil von rund 5 Millionen Euro.

Druckerhöhung für Trinkwasser, Löschwasser und aufbereitetes Wasser

Für die Trinkwasserversorgung standen zwei separate Versorgungsnetze zur Verfügung, die aufgrund der benötigten Spitzenvolumenströme auch beide für die Wasserversorgung des Erweiterungsneubaus genutzt werden. Die beiden von den Stadtwerken Nürtingen betriebenen Wasserversorgungen stellen unterschiedliche Mindestversorgungsdrücke bereit. Die verfügbaren Versorgungsdrücke (p_minV = 2,5 bar und 4,5 bar) reichen jedoch nicht aus, um für alle Entnahmestellen und Verbraucher die geforderten Mindestfließdrücke bereitzustellen. Die Liste der zu versorgenden Ver­braucher reicht vom Handwaschbecken bis zur Löschwasserstelle und für den Hubschrauber-Landeplatz. Weitere Anlagenteile wie die Nachspeisung für Dampfheizkessel und Klimaanlagen benötigen zudem aufbereitetes Trinkwasser, das über eine zentrale Anlage zur Trinkwassernachbehandlung verteilt wird. Die für die TGA-Planung verantwortliche Planungsgruppe M+M aus Böblingen unterteilte deshalb die Trink- und Betriebswasserversorgung in drei separate Gruppen, die jeweils über eine Druckerhöhungsanlage der Baureihe Hyamat versorgt werden.

Feuerlöschanlage

Die Druckerhöhungsanlage für die Feuerlöschanlage versorgt eine Löschwasserstelle für den Hubschrauber-Landeplatz (über eine der DEA nachgeschaltete Löschschaum-Zumischeinrichtung) sowie die Hydranten-Erdleitung auf dem Klinikgelände. Um eine regelmäßige Wasserentnahme sicherzustellen, werden sämtliche Außenwasser-Zapfstellen über die Feuerlöschleitungen versorgt. Darüber hinaus dient die Feuerlöschanlage auch für die Notkühlung des EDV-Serverraums als zusätzliche Sicherheit bei einem eventuellen Ausfall der Raumklimatisierung. Die DEA ist mit zwei Movitec-Hochdruckpumpen ausgerüstet, die für eine Fördermenge von 100 m³/h ausgelegt sind (Dimension der Zulaufleitung: DN 150) und 47 m Förderhöhe bewältigen. Für diese Pumpenleistung ist eine elektrische Leistungsaufnahme der Pumpenmotoren von 11 kW erforderlich.

Trinkwassernetz für sanitäre Einrichtungen und Entnahmestellen

Die Druckerhöhungsanlage wird über das Versorgungsnetz betrieben, das einen Vordruck von pminV = 4,5 bar bereitstellt und dessen Hochbehälter mit Bodenseewasser gespeist wird. Das Fernleitungsnetz der Bodensee-Wasserversorgung liefert Trinkwasser mit 9°dH, das im Gebäude ohne weitere Nachbehandlung direkt an die Trinkwasser­entnahmestellen und die Trinkwarmwasserversorgung verteilt werden kann. Die DEA ist für eine Fördermenge von 33m³/h ausgelegt und mit vier stufenlos drehzahlgeregelten Pumpen mit je 0,75kW Motorleistung bestückt. Durch die zu erwartenden schwankenden Entnahmemengen verteilen sich die Förderleistungen auf die vier Pumpen, sodass für jede Betriebssituation die nötigen Volumenströme bereitgestellt werden können, der Fließdruck dabei aber konstant bleibt.

Der Druckerhöhung ist eine Aufbereitungsstrecke nachgeschaltet, die aus Enthärtung und Umkehrosmose besteht. Hier erfolgt die Wasserbehandlung für die Kesselnachspeisung von zwei Dampfheizkesseln, Klimawasser für Kühltürme und Luftbefeuchter sowie für medizinische Geräte. Drei stufenlos drehzahlgeregelte Pumpen mit je 1,1 kW Motornennleistung liefern hierfür einen maximalen Fördervolumenstrom von 21 m³/h bei 23 m Förderhöhe.

Steuerungsarten für ­Druck­erhöhungspumpen

Für die im Klinikum Nürtingen eingesetzten Druckerhöhungsanlagen wurden unterschiedliche Steuerungsarten gewählt. Die Druckerhöhungsanlage vom Typ Hyamat K für die Feuerlöschanlage arbeitet mit einer Kaskadensteuerung. Diese Steuerungsart schaltet die Pumpen druckabhängig im Ein/Aus-Betrieb und konnte deshalb so gewählt werden, weil die DEA nur bei Löschwasserbedarf zum Einsatz kommt und dann mit voller Leistung pumpt. Diese wird von der Hauptpumpe allein bereitgestellt; die zweite Pumpe dient in diesem Fall als Reservepumpe, um gemäß DIN 1988 Teil 5 die Betriebssicherheit gewährleisten zu können. Für die Versorgung der Sanitärverbraucher und der über die Trinkwassernachbehandlung versorgten Anlagenteile wurden Druckerhöhungsanlagen vom Typ Hyamat VP mit stufenloser Pumpendrehzahlregelung eingesetzt. Diese Steuerungsart ist vor allem dann empfehlenswert, wenn die Betriebsbedingungen kleinere, dafür dauernde Entnahmemengen erwarten lassen. Im Gegensatz zur kaskadengeregelten Anlage starten die Pumpen nicht abhängig von einem eingestellten Einschaltdruck, sondern reagieren auf Druckabfall, sobald eine Entnahmestelle geöffnet wird.

Automatische Pumpendrehzahlregelung reduziert Strombedarf

Die beiden DEA für Sanitäranlagen und aufbereitetes Wasser sind mit der von KSB entwickelten Pumpendrehzahlregelung Pump-Drive ausgerüstet. Diese regelt den Pumpenbetrieb bedarfsabhängig, sodass für jeden Lastfall ein konstanter Versorgungsdruck erzielt wird, aber auch jeweils nur die zur ­Überwindung der Förderwiderstände nötige Pumpenleistung benötigt wird. Bei abnehmendem Förderstrom registriert Pump-Drive einen Druckanstieg. Daraus wird in Abhängigkeit vom Solldruck die benötigte Förderleistung errechnet und die Drehzahl der Pumpe entsprechend angepasst. Steigt der Verbrauch wieder an, reagiert die Drehzahlregelung auf den daraus resultierenden Druckabfall und erhöht die Pumpenleistung. Neben der Energieeinsparung bewirkt die leistungsangepasste, stufenlose Drehzahlregelung durch den sanft geregelten Pumpenanlauf und die verminderte Zahl von Start-/Stopp-Vorgängen auch die mechanischen Belastungen. Die Pump-Drive-Einheiten werden direkt am Motorgehäuse montiert und sind darüber hinaus unabhängig vom Motorfabrikat einsetzbar. Für eine auf Energieoptimierung ausgerichtete Pumpensteuerung sind damit keine zusätzlichen, separaten Regelungskomponenten erforderlich. So kann die Regelung aller im Objekt vorgesehenen Pumpen mit einem einheitlichen Regelsystem bewerkstelligt werden. Durch den Einsatz der Pumpendrehzahlregelungen kann darüber hinaus auf Vor- und Enddruckbehälter verzichtet werden.

Aufstellung von ­Druckerhöhungsanlagen

Druckerhöhungsanlagen werden als kompakte, auf einer Grundplatte vormontierte Einheit gefertigt und bestehen aus zwei bis sechs Pumpen, Rückflussverhinderern, Absperrarmaturen, Verteilerrohren mit Anschlussgewinde oder Flanschanschluss und einem Schaltschrank. Der Schaltschrank ist bei Kompaktanlagen am Grundrahmen befestigt und fertig mit den Pumpen verdrahtet. Für die Installationspraxis sind folgende Anforderungen zu berücksichtigen:

Absperreinrichtungen: Saug- und druckseitige Absperreinrichtungen an jeder Pumpe ermöglichen die Demontage von Pumpen oder Rückflussverhinderern, ohne dass dazu die DEA außer Betrieb genommen werden muss oder das Rohrleitungssystem und der Druckbehälter entleert werden müssen. Vor und nach der Druckerhöhungsanlage sollte installa­tionsseitig je eine Absperreinrichtung vorgesehen werden.

Schallschutzmaßnahmen: Bei der Aufstellung ist die Verhinderung von Körperschallübertragung zu beachten. Schwingungsdämpfer zwischen Grundrahmen und Stellfüßen sorgen für eine zuverlässige Körperschallentkopplung. Bei erhöhten Schallschutzanforderungen, wenn sich beispielsweise oberhalb des Aufstellraumes Wohn- oder Geschäftsräume befinden, kann die DEA zusätzlich mit einer Schallschutzhaube versehen werden. Dieses Zubehör dämpft als Vollverkleidung den Luftschall und schützt gleichzeitig die Anlage vor Verunreinigungen. Zur Vermeidung von Körperschallübertragungen auf das Leitungsnetz sind die saug- und druckseitigen Trinkwasseranschlüsse über Kompensatoren anzuschließen.

Aufstellraum: Nach DIN 1988-5 muss der Aufstellraum frostfrei sein. Gleichzeitig dürfen darin keine zu hohen Temperaturen herrschen, um gemäß VDI 6023 bei Stagnation eine unzulässige Erwärmung des Trinkwassers auf über 25°C zu vermeiden. In großen Gebäuden ist daher eine Technikzentrale der richtige Platz für die DEA. Der Bereich für die Kälte- und Klimatechnik ist hierbei aufgrund der normalerweise kühleren Raumtemperaturen der geeignetere Aufstellort als die Heizzentrale. Zur Vermeidung von Korrosionsschäden durch Tauwasserbildung muss der Aufstellraum gut belüftet sein. Nach DIN 1988 Teil 5 muss der Aufstellraum außerdem eine ausreichend dimensionierte Bodenentwässerung aufweisen, damit im Fall einer Leckage (z.B. durch Riss eines Kompensators) austretendes Wasser sicher abgeleitet wird.

Elektroanschluss und Inbetriebnahme: Der Elektroanschluss für eine Druckerhöhungsanlage zählt neben der Verbindung mit dem hydraulischen Leitungssystem zu den wesentlichen Installationsarbeiten; hierzu gehört auch die Montage und Einstellung zugehöriger Schalt- und Steuerungsbauteile. SHK-Anlagenmechaniker mit der Zusatzqualifikation „Elektrofachkraft für festgelegte Tätigkeiten im SHK-Handwerk“ dürfen hier elektrische Anschlussarbeiten ausführen – allerdings nur, sofern die DEA nur Einphasen-Wechselstrom benötigt. Druckerhöhungsanlagen arbeiten jedoch ab bestimmten Leistungsgrößen mit Dreiphasen-Wechselstrom. Damit fallen Arbeiten an Starkstromanlagen an, die ausnahmslos nur von Elektro­installateuren ausgeführt werden dürfen. Bei Pumpen für 3∼400 V ist damit die Mitwirkung eines Elektro-Fachunternehmens erforderlich, besonders auch für den notwendigen Anschluss an den Potenzialausgleich, für den an der Grundplatte der DEA eine Erdungsklemme vorgesehen ist. Zur Inbetriebnahme einer DEA empfiehlt es sich grundsätzlich, diese durch den Werkskundendienst des Pumpenherstellers vornehmen zu lassen. Der Grund hierfür ist, dass die damit verbundenen Arbeiten wie Drehrichtungskontrolle oder die Einstellung der Ein- und Ausschaltdrücke sowohl elektrotechnische Fertigkeiten als auch produktspezifische Kenntnisse erfordern. Vom Werkskundendienst erhält das ausführende Installationsunternehmen ein Inbetriebnahmeprotokoll, das für den Auftragnehmer ein wichtiges Dokument für die Übergabe an den Bauherrn ist.

Fazit

Druckerhöhungsanlagen versorgen die Entnahmestellen einer Trinkwasserinstallation mit dem geforderten Fließdruck, wenn der aus dem öffentlichen Versorgungsnetz verfügbare Druck nicht ausreicht. Die Anlagen werden als komplett vormontierte Einheiten geliefert, sodass bei der Installation nur auf die Einhaltung der jeweiligen Regelwerke zu achten ist. Für den Elektroanschluss und die Inbetriebnahme sollten ausführende SHK-Fachunternehmen auf die Zusammenarbeit mit dem Elektro-Fachhandwerk sowie dem Werkskundendienst des Pumpenherstellers setzen und diese Fremdleistungen in der Kalkulation berücksichtigen.

Objekt: Klinikum Kirchheim-Nürtingen, Neubau Klinik Nürtingen

Fläche: ca. 38000 m² Bruttogrundfläche

Bauherr: Kreiskliniken Esslingen gemeinnützige GmbH

Planung: Planungsgruppe M+M AG, Böblingen, http://www.pgmm.com

Hersteller: KSB Aktiengesellschaft, Frankenthal, http://www.ksb.de (Druckerhöhungsanlagen, Pumpendrehzahlregelung)

Steuerungsarten von Druckerhöhungsanlagen

Im Betrieb soll eine Druckerhöhungsanlage konstante Fließdrücke bereitstellen, gleichzeitig aber auch für einen energieoptimierten Pumpenbetrieb sorgen. Je nach Betriebsart, Anlagengröße und Anzahl der DEA-Pumpen stehen dazu verschiedene Steuerungskonzepte zur Auswahl.

Druckabhängige Kaskaden­regelung:

Pumpen werden druckabhängig ein- und ausgeschaltet

Pumpen laufen mit voller Drehzahl

Pumpen arbeiten im wechselweisen Betrieb

Unterhalb einer Mindestfördermenge kann ein unstetiger Taktbetrieb auftreten (hohe Schalthäufigkeit)

Bei schwankendem Vordruck nur geringfügige Vordrucknutzung möglich

Stufenlose Drehzahlregelung einer Pumpe:

Grundlastpumpen werden stufenlos geregelt

Spitzenlastpumpen werden druckabhängig zugeschaltet

Spitzenlastpumpen laufen mit voller Drehzahl

Pumpenwechsel der geregelten Grundlastpumpen möglich

Weitgehend konstanter Ausgangsdruck

Minimierter Energiebedarf

Stufenlose Drehzahlregelung aller Pumpen:

Alle Pumpen werden stufenlos ­geregelt

Anzahl der laufenden Pumpen richtet sich nach dem Förderstrom

Hohe Regeldynamik

Konstanter Ausgangsdruck

Optimale Anpassung an den ­Verbrauch

Ausgleich sehr hoher Vordruckschwankungen möglich

Minimale Rückwirkung auf das zuspeisende Versorgungsnetz hinsichtlich Druckschwankungen

Minimaler Energiebedarf

Wolfgang Heinl schreibt als Fachjournalist für die SHK-Branche, 88239 Wangen, ­Telefon (0 75 22) 90 94 31, wolfgang.heinl@t-online.de