Jede Störung führt zu Beeinträchtigungen des ordnungsgemäßen Systembetriebs sowie zu Kosten für die Beschaffung notwendiger Teile und die Durchführung der Reparatur. Natürlich ist ein Defekt in den meisten Fällen eine Frage des Zufalls. Es gibt jedoch zahlreiche Gefahren, die sich durch angemessene Sorgfalt und Planung vermeiden lassen. Bei Wasserleitungen und allen Arten von Wassersystemen stellt das sogenannte Druckstoßphänomen eine der grundlegenden Gefahren dar. Untersuchungen zufolge ist dieses Phänomen für nahezu 80 % aller Störungen an Leitungen von Wasserversorgungsnetzen verantwortlich, die nicht mit Schutzeinrichtungen ausgestattet sind. Doch was ist ein Druckstoß? Was verursacht ihn? Und was kann man tun, um ihn zu verhindern? Diese und weitere Fragen beantworten wir in unserem Artikel.
Druckstoß – theoretische Grundlagen des Phänomens
Ein Druckstoß bezeichnet einen plötzlichen Druckanstieg, der durch eine ungeplante, schnelle und innerhalb kurzer Zeit erzwungene Änderung der Fließgeschwindigkeit in einer Rohrleitung verursacht wird. Der Name des Phänomens stammt von dem charakteristischen Geräusch, das während des Vorgangs entsteht und an Hammerschläge erinnert. Nach der fachlichen Definition wird ein Druckstoß „durch die Trägheit der Masse der sich in einer Rohrleitung bewegenden Flüssigkeit verursacht, deren Fließgeschwindigkeit sich plötzlich ändert“. Darüber hinaus „führt die drastische Änderung der Geschwindigkeit und des Volumenstroms der fließenden Flüssigkeit zu einer lokalen Änderung des Anteils der kinetischen und potenziellen Energie an der Gesamtenergie des Querschnitts, die sich in einem Anstieg oder Abfall des Drucks im Flüssigkeitsstrom äußert. Bei einer sehr schnellen Abbremsung der Strömungsgeschwindigkeit kommt es zu einem starken Abfall der kinetischen Energie. Dadurch steigt die potenzielle Energie, was sich in einem großen Druckanstieg äußert“.
Je nach Art des Phänomens kann es sich um einen positiven Druckstoß (Druckanstieg) oder einen negativen Druckstoß (plötzlicher Druckabfall) handeln. Unabhängig von seiner Art kann ein Druckstoß zahlreiche Probleme verursachen, darunter:
- Zerstörung der Rohrleitung,
- Beschädigung der Pumpe,
- Beschädigung des Motors,
- Beschädigung der Rückschlagventile,
- Unterbrechung des fließenden Wasserstroms.
Was sind die Ursachen des Problems?
Was führt zu dem negativen Phänomen eines Druckstoßes? Die Ursachen können vielfältig sein, doch in der Praxis zeigen sich zwei Hauptaspekte:
- eine Situation, in der das Rückschlagventil an der von der Pumpe wegführenden Leitung mehr als neun Meter über dem Wasserspiegel montiert ist,
- eine Situation, in der das an der von der Pumpe wegführenden Rohrleitung montierte Rückschlagventil undicht ist, während ein weiteres, oberhalb des vorherigen Ventils montiertes Rückschlagventil dicht bleibt.
Weitere Ursachen, die zu Problemen führen können, sind:
- Störungen wie ein Rohrbruch, eine plötzliche Blockierung der Pumpe, das Abbrechen der Spindel oder das Abreißen des Gewindes eines Schiebers sowie Schwingungen von Verformungen unterliegenden Bauteilen,
- Kavitation, die durch eine übermäßige Fließgeschwindigkeit des Wassers, einen großen Unterschied zwischen der Druckhöhe und dem Dampfdruck der Flüssigkeit bei einer bestimmten Temperatur, das Schließen eines Schiebers oder die hohe Lage eines Netzpunktes verursacht wird,
- zufällige Ereignisse, darunter ein plötzlicher Ausfall der Stromversorgung, eine Änderung der anfänglichen Strömungsbedingungen, eine Änderung der Abflüsse an Knotenpunkten sowie eine Änderung des Wasserstands in anfänglichen oder Zwischenbehältern des Netzes,
- ein unsachgemäßer Systembetrieb, der sich durch das plötzliche Abschalten aller Pumpen, die diese Rohrleitung versorgen, das fehlerhafte Schließen oder Öffnen von Schiebern sowie unsachgemäße Wartungs- und Renovierungsarbeiten äußert,
- Vibrationen im Zusammenhang mit einem ungleichmäßigen Pumpenbetrieb oder der Funktion von Schwimmerventilen.
Damit ist die Liste jedoch noch nicht vollständig. Eine weitere Ursache des Problems kann die Verwendung ungeeigneter Lösungen sein, etwa das Einführen einer neuen Leitung mit kleinerem Durchmesser in eine alte Leitung (wodurch sich die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit erhöht). Es ist zu beachten, dass jede Änderung zu ungeplanten Schäden führen kann. Daher müssen neue Lösungen entsprechend den Eigenschaften des analysierten Systems ausgewählt werden.
Wie lässt sich ein Druckstoß verhindern?
Wichtig ist, dass sich Druckstöße und die damit verbundenen Probleme verhindern lassen. Zu den möglichen Maßnahmen gehören:
- die richtige Auswahl von Querschnitten und Schutzeinrichtungen, die Auswahl geeigneter Ventile und Schieber sowie die Vermeidung von Resonanzerscheinungen,
- der Versuch, das Druckstoßphänomen durch eine direkte Änderung der Systemkonfiguration zu beseitigen, darunter die Anpassung des Leitungsverlaufs, der Leitungslängen, Durchmesser, Rohrleitungsmaterialien, Verbindungen oder Umgehungsleitungen,
- die Integration verschiedener Geräte und Mechanismen in das System, durch die Flüssigkeit aus der Rohrleitung abgeleitet oder in einem bestimmten Raum außerhalb des Systems zurückgehalten wird; dazu zählen Wasser-Luft-Behälter, Wasser-Luft-Behälter mit einer am Auslass installierten Differenzblende, Belüftungsventile oder Sicherheitsventile.
