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08.04.2002

Neubau des Elefantenhauses im Kölner Zoo – Software hilft bei der Pumpenauslegung

Das alte Elefantenhaus im maurischen Stil

Das älteste heute noch existierende Gebäude im Kölner Zoo ist das 1863 im maurischen Stil errichtete Elefantenhaus. Um den in der Zwischenzeit geänderten Erkenntnissen über die Bedürfnisse der Tiere Rechnung zu tragen, wurde 1999 ein Architekten-Wettbewerb ausgeschrieben, auf dessen Grundlage nun ein neues Elefantenhaus in Planung ist. Die Auslegung der Pumpsysteme zur Entwässerung der Anlage wurde durch die ACO Passavant Gebäudeentwässerung GmbH (Philippsthal) konzipiert. Zur Bestimmung der jeweiligen Betriebspunkte (Förderhöhe und Fördermenge) sowie zur entsprechenden Auswahl der Pumpen wurde die Rohrleitungsberechnungssoftware Spaix® PipeCalc und die Pumpenauslegungssoftware Spaix® Classic von VSX – VOGEL SOFTWARE herangezogen.

Für das neue Elefantenhaus im Kölner Zoo ergab sich folgende Aufgabenstellung. Es sollen verschiedene Pumpenschächte zum Einsatz kommen, u.a. auch für zwei Wasserfälle. Die Pumpenleistung muss genau auf den Betriebspunkt abgestimmt werden (Drosselung über Blende bzw. Schieber). Die eingesetzten Tauchpumpen müssen im Kreislauf ständig unter Wasser stehen, da die Laufzeit der Pumpen am Tag ca. 12 Stunden beträgt. Die anderen Pumpenschächte sind für die Wasserbecken im Gehege vorgesehen. Diese Pumpen müssen ca. einmal im Jahr laufen, um die Becken zu entleeren. Während der Entleerung laufen die Pumpen durchgängig ca. 36 Stunden. Hierzu muss ebenfalls die Zulaufmenge mit der Fördermenge der Pumpe in Abstimmung gebracht werden, damit die Pumpen ständig unter Wasser stehen, um eine ausreichende Kühlung während des Fördervorgangs zu gewährleisten.
„Für diese Berechnung bzw. die Auswahl geeigneter Pumpen, die von uns durch Überarbeitung der Laufräder auf den optimalen Betriebspunkt gebracht werden, war das Programmsystem Spaix® sehr
hilfreich. Die Benutzeroberfläche ist selbsterklärend und dadurch leicht zu bedienen. Die Anwendung dieses Programmsystems brachte uns eine erhebliche Zeitersparnis im Vergleich zu herkömmlichen Berechnungsmethoden.“, so Manfred Schäfer von ACO Passavant, Bearbeiter des Projekts.

Stellvertretend für alle Pumpenschächte sei eine Betriebspunktbestimmung am Beispiel des Wasserfalls 1 erläutert. Mit einer Tauchpumpe soll das Wasser kontinuierlich im Kreislauf gefahren werden. Die Fördermenge ist durch die Fließgeschwindigkeit und Wassermenge des Wasserfalls von 61,2 m³/h vorgegeben. Die resultierende Förderhöhe soll mit Spaix® PipeCalc bestimmt werden. Zunächst muss die Art des Mediums im Programm definiert werden. Häusliches Schmutzwasser, nicht fäkalienhaltig, kommt dem tatsächlichen Medium am nächsten. Die Gesamtfördermenge von 61,2 m³/h ist anzugeben und die gewünschte Pumpenanzahl wird mit „1“ definiert. Die geodätische Höhe, die mit 6 m in etwa der Höhe des Wasserfalls entspricht, fließt ebenfalls in die Berechnung ein. Nun wird mit dem Programm die Verlusthöhe für jedes Bauteil des Rohrsystems bestimmt. Zur Bestimmung der Verlusthöhe der einzelnen Bauteile ist die Angabe des Werkstoffs, der Nennweite, der Rohrlänge und der Rohrrauigkeit erforderlich. Das Rohrsystem besteht aus 10 m Rohrleitung und 4 Krümmern, beides Grauguss und DN 100, einer Erweiterung von 80 auf 100 mm, einem Flachschieber DN 80 und einer Rückschlagklappe DN 80. Für jedes einzelne Element wird die anteilige Verlusthöhe bestimmt und daraus die Gesamtverlusthöhe ermittelt, die sich in unserem Beispiel auf 3,7 m beläuft. Aus der geodätischen Höhe und Verlusthöhe ergibt sich nun die Gesamthöhe von 9,7 m. Der nächste Schritt ist nun die Auswahl der hydraulisch optimalen Pumpe für unsere Anwendung. Der ermittelte Betriebspunkt von H = 9,7 m und Q = 61,2 m³/h wird direkt der Pumpenauswahlsoftware Spaix® Classic übergeben, welche die hydraulischen und technischen Produktdaten von ACO Passavants Pumpen- und Hebeanlagen enthält. Anhand des vorgegebenen Betriebspunkts sucht das Programm in der Pumpendatenbank nach der passenden Hydraulik. Als optimale Pumpe wird von der Software die Tauchpumpe SAT-Q 400/80/D angeboten. Mit Q = 62,3 m³/h und H = 9,8 m stimmt der Betriebspunkt der Pumpe sehr genau mit der Vorgabe überein. Neben dem Pumpendiagramm bietet das Programm alle weiteren Informationen und technischen Details zum Produkt, wie verschiedene Installationsansichten, den Ausschreibungstext, Werkstoffe, Foto usw. So lässt sich das Projekt problemlos dokumentieren. Abschließend können die kompletten Angebotsunterlagen auf vorbereiteten Datenblättern ausgedruckt werden.

Spaix® PipeCalc ist insbesondere in der Abwasser- und Haustechnik das führende Programm zur Betriebspunktberechnung von Kreiselpumpen. Dabei kann sowohl die Ermittlung der erforderlichen Fördermenge für ausgewählte Einsatzfälle nach internationalen Standards durchgeführt werden als auch die Berechnung der Rohrleitungsverluste. So erfolgt die Bestimmung der Durchfluss- bzw. Fördermenge in Spaix® PipeCalc u.a. für Abwasseranlagen nach EN 12056 und ATV 118 und für Trinkwasserversorgungsanlagen nach DIN 1988.
Für die Berechnung von Rohrleitungsverlusten finden unverzweigte Rohrleitungssysteme und verzweigte Systeme mit identischen, parallelen Strängen Berücksichtigung. Bei bekanntem Förderstrom wird der Druckverlust des Rohrleitungssystems und somit die erforderliche Förderhöhe der Pumpe entsprechend den Rohrleitungsverlustanteilen aus geraden Rohrabschnitten, Formstücken, Armaturen und Austrittsverlust bestimmt. Die Berechnung kann wahlweise nach den Modellen von COLEBROOK oder HAZEN WILLIAMS erfolgen.
Die Berechnungsergebnisse werden auf Datenblättern übersichtlich zusammengefasst und können auch sofort für die weitere Verarbeitung in einem Pumpenauswahlprogramm übertragen werden.

Bild: Das alte Elefantenhaus im maurischen Stil

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