Rohrnetzberechnung

Aufgabe und Grundlagen der Rohrnetzberechnung

Eine meist über Jahrzehnte gewachsene Wasserversorgungsanlage (WVA) und das zugehörige Verteilnetz erfordert ein kompetentes Design, nachhaltige Investitionen, professionelle Betriebsführung, permanente Wartung sowie von Zeit zu Zeit eine hydraulische Analyse mittels Rohrnetzberechnung zur aktuellen Instandhaltung und voraussichtlichen Erweiterungen und Erneuerungen zur Erhaltung des sicheren und wirtschaftlichen Betriebs.

Hydraulische Rohrnetzberechnung erhöht die Effizienz und Leistungsfähigkeit der WVA und dem zugehörigen Verteilnetz. Begutachtung der Grundlagen, Erkennung von hydraulischen Auffälligkeiten führt zu besserer Verteilung, ggf. Reduzierung von Wasserverlusten und damit zur Erhöhung der Versorgungssicherheit und Gewährleistung der Löschwasserbereitstellung. Weniger Energieverschwendung durch Optimierung der Behälterbewirtschaftung im Pumpbetrieb senkt die Betriebskosten wesentlich.

Genaue Planung, mit erarbeiteten Fakten als Entscheidungsgrundlage, durch Auswahl der bestmöglichen Variante – ermöglicht bei Erneuerungen und Erweiterungen zukünftige Errichtungskosten zu sparen.

Erstellung des Rechenmodells

Im Wesentlichen beinhaltet ein Projekt „Hydraulisches Rohrnetzberechnung“ die Erfassung des Ist-Zustands mittels Datenerhebung (Rohrnetzdaten aus GIS), der Datenaufbereitung (Erstellung von Knoten und Strängen mit Geländehöhen, einer Verbrauchszuteilung sowie der Definition aller Schalter in der Modell-Datenbank) und unabdingbar die Plausibilitätsprüfung mittels Kalibrierung des mathematischen Modells.

IST-ZUSTAND Minimalverbrauch- maximale Druckverhältnisse

Die Plausibilitätsprüfung des IST-Zustands erfolgt durch Ermittlung der realen Druck- und Strömungsverhältnisse durch gezielte aktive Druck- und Mengenmessungen zur Kalibrierung des hydraulischen Modells für das jeweilige Rohrnetz unter realen Betriebsbedingungen in jeder einzelnen Zone.

Durchführung von Druck- und Mengenmessung

Diese Systemanalyse beinhaltet die Erzeugung realer Messdaten und Belastungen zur Bewertung der aktuellen hydraulischen Druck- und Strömungsverhältnisse im Rohrnetz. Dazu werden an ausgewählten Messpunkten nach der Richtlinie DVGW 303 der Druck, Durchfluss, Füllstand und Pumpbetrieb zeitgleich aufgezeichnet und ausgewertet. Allfällige Schwachstellen und im Modell noch nicht berücksichtigte Betriebszustände werden erkannt und mit dem Betreiber abgeklärt. ( u.a.: Falschangabe von Behälterhöhen und nicht bekannte Einlaufwiderstände, falsche Durchmesserangaben, fehlende Verbindungen, punktuelle Widerstände wie irrtümlich geschlossene oder gedrosselte Schieber, Fremdkörper im Rohr, tatsächliche Rohr- und Rohrnetzrauigkeit, und Aufklärung sonstiger Auffälligkeiten). Dazu kommen in jeder Zone die entsprechende Anzahl digitaler Drucklogger, mobile Ultraschall Durchflussgeräte, Drucksonden und Hydranten-Prüfgeräte zum Einsatz. Daten der Fernwirkanlage werden übernommen und integriert. Der stufenweise Pumpbetrieb und das Befüllen der Behälter sowie deren Einspeisung wird mit Drucksonden messtechnisch überwacht und ausgewertet.

Vergleichsrechnung zur Kalibrierung des Modells

Voraussetzung für die Zuverlässigkeit eines Simulationsmodells sind geprüfte vollständige und korrekte Rohrnetzdaten, eine integrierte messtechnische Rohrnetzanalyse und eine kompetente Überprüfung des Simulationsmodells durch den Vergleich von Rechenergebnissen und Abgleich der Messergebnisse im Rahmen einer Modell-Kalibrierung und nicht zuletzt auch eine langjährige praktische Erfahrung. Jedes hydraulische Modell ist mit tatsächlich im Netz gemessen Daten zu überprüfen und mit den theoretisch berechneten Werten zu vergleichen. Abweichungen vom gemessenen Durchfluss und Druck zeigen signifikante Fehler in gelieferten Daten auf.

Dazu wird im Schwachlastfall der Nachweis der korrekten Höhenermittlung sowie maximal auftretende Druckverhältnisse erbracht. Im Belastungsfall wird der Druckverlust, hervorgerufen durch zeitgleiche starke Entnahmen, aufgezeichnet und damit tatsächliche Rohrrauigkeiten sowie allfällige punktuelle Widerstände erkannt und deren möglichen Ursache mit dem Betreiber untersucht und aufgeklärt. Brandfallberechnungen zeigen die tatsächliche hydraulische Leistungsfähigkeit an Hydranten auf.

Die hydraulische Rohrnetzberechnung ermöglicht u.a. die Erweiterung dieser Kenntnisse auf alle Punkte und alle Zeiten des existierenden Rohrnetzes, sowie auch auf zukünftige Rohrnetzerweiterungen und auf außergewöhnliche und zukünftige Betriebszustände durch Erstellung eines Simulationsmodells.

Anwendung des kalibrierten Modells

Die Simulation mit Variantenvergleich dient zur konzeptionellen Planung von Ausbau- und Instandhaltungsmaßnahmen und als Grundlage der Sanierungs- und Erneuerungsplanung. Aufgaben wie die wirtschaftlichste Dimensionierung von Leitungen und Behältern, Pumpenauslegung und Behälter-Bewirtschaftung inkl. Steuerungskonzept, sinnvolle Druckreduzierungen, Nachweis der hydraulischen Leistungsfähigkeit an beliebigen Punkten im Verteilungsnetz, Aufspüren von Schwachstellen/Engpässen, Störfallsimulation bzw. Ausfallszenario, Energieeffizienz, entsprechende Löschwasserbereitstellung, Errichtung optimaler Wasserverlust-Überwachungsbezirke, werden ohne Planungsrisiko für den Betreiber im Maßnahmenkatalog inkl. Kostenschätzung mit Reihung nach Prioritäten mit großer Genauigkeit gelöst.

Beurteilung der Ergebnisse

Der maßgeblichste und auschlaggebendste Faktor ist das hydraulische Expertenwissen und Fachkompetenz d.h. der menschliche Anwender.

Ein ernsthafter Fehler bei der Auslegung oder ein Versehen kann dramatische Fehl-Investitionen verursachen, die einmal errichtet, vielfältige Probleme im Betrieb der Anlage verursachen. ( z.B.: Überdimensionierung oder zu geringe Leistungsfähigkeit und daher Unwirtschaftlichkeit über Jahrzehnte).

Falsch positionierte und dimensionierte Hochbehälter, unwirtschaftliche Pumpwerke und unnötig überdimensionierte Leitungsabschnitte (Stagnation) sind als mahnende Beispiele den Betreibern von Wasserwerken nicht unbekannt.

Die Tatsache von über Jahrzehnte gewachsenen Netze, zwar errichtet nach besten Wissen, jedoch nie als Gesamtkonzept betrachtet, bringt nachweislich eine hohe Wahrscheinlichkeit von hydraulischen Auffälligkeiten in Teilbereichen mit sich.

Nur ein spezialisiertes Ingenieurbüro wie SETEC kann die unabdingbar notwendige Druck-und Mengenmessung, die dazu erforderliche Geräteausstattung und Erfahrung zur Erstellung eines kalibrierten hydraulischen Modells erbringen, da deren jahrzehntelange Hauptaufgabe darin besteht viele unterschiedlichste Netze zu bearbeiten und Lösungen bereitzustellen. Als Kontrast dazu wird ein Wasserversorger selten mehr als ein Modell der eigenen Anlage erzeugen.

Diese unabhängige Rohrnetzberechnung garantiert somit den effizientesten Einsatz zukünftiger Investitionen im Rohrnetz und deren zugehörige Anlagen. Wie aktuelle nationale und internationale SETEC Referenzen zeigen, sind wir immer bestrebt und in der Lage bestehendes Anlagevermögen zu optimieren und die Kosten für zukünftige Investitionen zu minimieren.

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