Wasserförderung über lange Wegstrecken

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Muss Wasser über längere Wegstrecken transportiert werden, wobei die erforderliche Wegstrecke länger ist als der Einsatzradius einer Löschgruppe (in der Regel 200 Meter), spricht man von der Errichtung einer sogenannten Relaisleitung. Eine exakte Berechnung wird nur in den seltensten Fällen im laufenden Einsatz möglich sein. Für den Maschinisten und Einsatz(abschnitts)leiter ist es dennoch wichtig zumindestens überschlagsmäßig Berechnungen anstellen zu können, wo wie viele Pumpen benötigt werden.

Relaisleitung mit B-Schläuchen

Inhaltsverzeichnis

Literleistung vs. Saughöhe

Bei der Dimensionierung der Relaisleitung ist die benötigte Wassermenge aller eingesetzten Strahlrohre der entscheidende Faktor. Wird beispielsweise nur 1 C-Rohr (mit Mundstück) eingesetzt so fließen 100l/min aus dem Strahlrohr, es werden aber auch nur 100l/min durch die Relaisleitung transportiert und nur 100l/min von der Pumpe gefödert. Betreibt man jedoch 2 B-Rohre (mit Mundstück), so müssen bereits 800l/min gefördert werden.


Tabelle: Literleistungen verschiedener Strahlrohre bei verschiedenen Drücken

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Druck in bar Durchmesser 9mm (C) Durchmesser 12mm (C) Durchmesser 16mm (B) Durchmesser 22mm (B)
4 100(105) 188 334 636
5 120 200(210) 373 711
6 130 230 400(409) 778
7 140 249 441 800(841)
8 150 266 471 899
9 160 282 501 953
10 170 299 528 1005

Der Maschinist und der Einsatzleiter müssen weiters berücksichtigen, dass die Pumpe am unteren Ende einer Relaisleitung überhaupt die geforderte Menge fördern kann! Eine typische TS8 fördert z.B. 800l/min bei 10bar (Volllast), weshalb damit auch maximal 800l/min abgegeben werden können. Eine TS12 mit ihren 1200l/min bei 10bar könnte theoretisch sogar 3 B-Rohre mit Mundstück versorgen.

Noch radikaler stellt sich dies bei Einbaupumpen von Tanklöschfahrzeugen dar, die bis zu 3000l/min bei 10bar fördern können. Diese Literleistung kann jedoch nur schwierig eine einzelne Schlauchleitung transportiert werden und ist daher eine rein hypothetische Annahme. Interessant wird die Leistung von Einbaupumpen jedoch nach Beachtung des nächsten Punktes:

Die ausgewiesenen Literleistungen der Pumpen werden üblicherweise bei einer geodätischen Saughöhe von 3m (Wassersoberfläche bis Pumpeneingang) gemessen. Mit steigender Saughöhe sinkt daher die Literleistung. Ab 7,5m Saughöhe wird gar nur mehr die Hälfte der Nennliterleistung gefördert.


Tabelle mit Literleistungen von verschiedenen Pumpen:

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Pumpenmodell Literleistung / min
TS 8/10 800 l/min
TS 12/10 1200 l/min
HMP24 2400 l/min


Tabelle mit Pumpenleistungen in % bei verschiedenen Saughöhen:

"
Saughöhe in Meter: 3 4 5 6 7 7,5
Pumpenleistung in % 100 90 80 70 60 50


Hier wird dann die größere Leistung der Einbaupumpen schlagend. Wird an der Wasserentnahmestelle eine TS8 (800l/min bei 10bar) eingesetzt und die Saughöhe beträgt 7,5m, so fördert die Pumpe nur mehr 400l/min maximal! Eine HMP24 (HochdruckMehrbereichsPumpe 2400l/min bei 10bar) würde aber bei der gleichen Saughöhe noch immer 1200l/min fördern können. Daher sollten bei Relaisleitungen - wenn aus Gewässern angesaugt wird - immer die stärksten Pumpen am Beginn eingesetzt werden.

Druckverlust vs. Reibungsverlust

In einer Relaisleitung, welche grundsätzlich mit B-Druckschläuchen aufgebaut wird, entstehen aufgrund grundlegender physikalischer Gegebenheiten Druck- und Reibungsverluste.

Außerdem gilt es zu beachten, dass eine Pumpe maximal 10bar Ausgangsdruck erzeugen kann, wovon an der nächsten Pumpe in der Relaisleitung noch mindestens 1,5bar Eingangsdruck (Schließdruck des Eingangsventils) ankommen müssen, da sonst der Wassertransport unterbrochen wird.

Speist eine Pumpe keine weitere Pumpe, sondern ein oder mehrere Strahlrohre, so gilt es zu beachten, dass an den Strahlrohren der geforderte Betriebsdruck (siehe "Tabelle mit Literleistungen von Strahlrohren" weiter oben) ankommen muss!

Druckverlust

Aufgrund von Steigungen und Senkungen des Geländes ändert sich auch der Druck des transportierten Wassers. Um Wasser 10m höher transportieren zu können wird 1bar Druck benötigt. Wird Wasser jedoch über ein Gefälle geleitet, so bedeuten alle 10m Gefälle 1bar Druckgewinn!

Bei der Berechnung des Druckverlustes muss der Maschinist deshalb einen ungefähren Überblick über das Gelände haben und Steigungen und Gefälle abschätzen können.

Merke: 10m Steigung führen zu 1bar Druckverlust! 10m Gefälle führen zu 1bar Druckgewinn!


Sollte der Maschinist feststellen, dass der Eingangsdruck an der nächsten Pumpe nicht ausreicht, so muss der Abstand zwischen den beiden Pumpen verringert werden. Wird im Schlauch (durch Gefälle) voraussichtlich ein Druck von größer als 12bar erwartet ist ein Druckbegrenzungsventil einzubauen. Bei Drücken über 12bar besteht die Gefahr eines Schlauchplatzers!

Reibungsverlust

Aufgrund der Reibung zwischen Wasser und dem Innenmaterial der Schläuche, sowie vor allem aufgrund von Turbulenzen im Wasserstrom entstehen Reibungsverluste. Reibungsverluste sind von der Länge der Schlauchleitung und der Menge des transportierten Wassers abhängig.


Tabelle mit Reibungsverlusten (RV) - Druckschlauch B (75mm Durchmesser):

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Fördermenge 200 400 600 800 1000 1200 1600 l/min
100m 0,10 0,25 0,50 1,0 1,5 2,5 5 bar
20m 0,02 0,05 0,10 0,20 0,30 0,50 1,0 bar

Druckverlust im Verteiler und der Löschleitung = 1,0bar


In der Tabelle sind die Reibungsverluste jeweils für 20m (1 B-Länge) und 100m (5 B-Längen) angegeben. Zusätzlich findet sich in der Tabelle der Hinweis, dass die gesamten Verluste (Reibungs- und Druckverluste) in der Löschleitung (sprich vom Verteiler bis zum Strahlrohr) mit 1bar zu kalkulieren sind.

Möchte man beispielsweise die Reibungsverluste einer 120m langen B-Leitung bei 800l/min errechnen, so sucht man sich den Wert für 100m (1bar) und den Wert für 20m (0,2bar) und addiert diese einfach (1,2bar)

In der Praxis erweist sich ein Durchfluss von 800l/min als am wirtschaftlichsten (bestes Verhältnis aus Druckverlust/Schlauchlänge). Bei 1000 Liter muss schon mit sehr hohem Reibungsverlust gerechnet werden. Als Abhilfe sollte, wenn mehr Wasser benötigt wird, die Leitung auf zwei Teilleitungen aufgeteilt werden (beide Abgänge der TS/Einbaupumpe) belegt werden sowie zwei parallele Schlauchleitungen geführt werden). Dadurch wird die Literleistung wieder auf zwei Schläuche aufgeteilt, der Reibungsverlust sinkt sehr stark und es werden keine zusätzlichen Pumpen benötigt.


Sonderform Zumischer Es gilt zu beachten, dass an einem Zumischer pauschal ein Druckverlust von 30% angenommen wird! Benötigt man am Mittelschaumrohr eine Druck von 4bar, so muss vor dem Zumischer bereits ein Druck von 6bar vorhanden sein um nach dem Zumischer noch auf die 4bar zu kommen!

Beispiel

Skizze zum Beispiel

Gegeben sind folgende Werte:

  • Die beiden Tragkraftspritzen sind TS8 (800l/min bei 10bar)
  • Es soll mit einem B-Rohr ohne Mündstück (800l/min bei 7bar) ein Brand bekämpft werden
  • Die Wasserentnahmestelle liegt auf 405m.ü.A, die Wasseroberfläche auf 402m.ü.A, was eine Saughöhe von 3m ergibt
  • Zwischen TS1 und TS2 sind 49m Steigung und 255m Schlauchlänge zu überbrücken
  • Zwischen TS2 und dem Verteiler sind 24m Steigung und 152m Schlauchlänge zu überbrücken.
  • Die Fragestellung lautet ob es überhaupt möglich ist die angestrebte Löschwassermenge zu fördern und mit welchen Drücken die Pumpen betrieben werden müssen um das Strahlrohr auf 7bar betreiben zu können


(1) Kann überhaupt die geforderte Literleistung gefördert werden?

  • Es müssen für ein B-Rohr ohne Mundstück (siehe Tabelle "Strahlrohrleistung") 800l/min Wasser zur Verfügung stehen
  • Eine TS8 kann maximal 800l/min Wasser fördern. Aber nur, wenn die Saughöhe maximal 3m beträgt! Wir rechnen also "Höhe der Wasserentnahmestelle" minus "Höhe der Gewässeroberfläche" ist Saughöhe => 405m - 402m = 3m

Daraus folgt, dass ein Ansaugen von 800l/min mit der TS8 möglich ist!


(2) Mit welchem Ausgangsdruck muss TS1 betrieben werden um am Eingang von TS2 noch die erforderlichen 1,5bar Eingangsdruck zu bekommen?

  • Im Prinzip braucht hier nur "rückwärts" gerechnet werden: "Erforderlicher Eingangsdruck Pumpe 2" plus "Reibungsverluste" plus "Druckverluste" ist "Erforderlicher Ausgangsdruck Pumpe 1"
  • Berechnung Reibungsverlust: Bei einer Literleistung von 800l/min sieht man in der Tabelle "Reibungsverlust" bei 800l/min nach. Für 255m Schlauchlänge existiert aber kein genauer Wert, weswegen der nächst höhere auf 20m gerundete Wert genommen wird (Schläuche haben ohnehin 20m Länge!). In diesem Fall würde das einer Länge von 260m oder 13 B-Längen ergeben. Nun sieht man in der Tabelle nach: 13x"Druckverlust für 20m" => 13 x 0,2bar = 2,6bar Reibungsverlust
  • Berechnung Druckverlust: Bei einer reinen Steigung von 49m gilt die Regel "10m Steigung bedeuten 1bar DruckVERLUST". Die angebene Steigung braucht daher einfach nur durch 10 dividiert werden und man erhält bereits den Druckverlust. 49m / 10 = 4,9bar Druckverlust
  • Zusammenfassung: Um bei TS2 einen Eingangsdruck von 1,5bar zu erhalten muss der Reibungsverlust von 2,6bar und der Druckverlust von 4,9bar berücksichtigt werden. Wir rechnen also "Eingangsdruck" plus "Reibungsverlust" plus "Druckverlust" ist "Ausgangsdruck Pumpe 1" => 1,5bar + 2,6bar + 4,9bar = 9bar Ausgangsdruck an Pumpe 1


(3) Mit welchem Ausgangsdruck muss TS2 betrieben werden um am Strahlrohr noch die geforderten 800l/min abgeben zu können?

  • Für die weitere Zubringleitung von TS2 bis zum Strahlrohr funktioniert die Berechnung ähnlich. Um das B-Rohr mit 800l/min betreiben zu können wird ein Druck von 7bar am Rohr benötigt. In der Löschleitung verliert man laut der "Tabelle für Reibungsverluste" pauschal 1bar. Daraus kann geschlossen werden, dass am Ende der B-Zubringleitung noch 8bar ankommen müssen.
  • Reibungsverluste in zweiter Leitung: 152m Schlauchlänge => aufgerundet 160m, was 8 B-Längen entspricht. Aus Tabelle "Reibungsverlust" für 800l/min ergibt sich ein Reibungsverlust von 8 x 0,2bar = 1,6bar
  • Druckverluste in 2ter Leitung: 24m Steigung. Dies ergibt einen gesamten Druckverlust durch Steigung von 24m / 10 = 2,4bar
  • Zusammenfassung Leitung 2: 8bar Druck werden am Verteiler benötigt. Durch Reibung verliert man 1,6bar, durch Druckunterschiede 2,4bar. Der Ausgangsdruck an TS2 muss somit 8bar + 1,6bar + 2,4bar = 12bar betragen

Sonderform TLF-Pendelverkehr

Vor allem bei absehbar kurzer Einsatzdauer wird dem "TLF-Pendelverkehr" oft der Vorzug vor dem Aufbau langer Zubringleitungen gegeben.

Dabei steht grundsätzlich das größte TLF an der Einsatzstelle (größter Wasserpuffer) und wird von kleineren TLF gespeist, welche im Pendelverkehr Wasser von einer weiter entfernten Wasserentnahmestelle heranbringen.

Beim TLF-Pendelverkehr ist von Maschinisten und dem Einsatzleiter besondere Aufmerksamkeit gefordert! Der Einspeispunkt in das TLF an der Angriffsstelle muss so gewählt sein, dass die anderen TLF auch umkehren können. Auch muss beachtet werden, dass der Puffertank nie leer läuft, was die Löschmittelbedarfsberechnung zusätzlich um eine zeitliche "Deadline" erweitert.

Quellen, Links und Referenzen

Wehrbaer 11:27, 27. Okt. 2009 (CET)

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