IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 5/2003, Seite 28 ff.

SANITÄRTECHNIK

Schmutzwasser-Kleinsthebeanlagen für den Sanitärobjekt bezogenen Einbau

Teil 2: Anlagen für fäkalienfreies Abwasser

Dr.-Ing. Hugo Feurich

Der zweite Teil des Fachaufsatzes befasst sich mit den Kleinsthebeanlagen für fäkalienfreies Abwasser und gibt darüber hinaus Aufschluss über die Dimensionierung der Zulauf- und Druckleitungen.

Für fäkalienfreies Abwasser der Entwässerungsgegenstände in Küche und Hausarbeitsraum zeigt Bild 12 ein Anwendungsbeispiel mit Doppelspüle, Wasch- und Geschirrspülmaschine. Der Sammelbehälter besitzt einen Zulaufanschluss DN 50 von oben für den Spültisch, einen seitlichen Zulaufanschluss DN 50 für die Waschmaschine und einen seitlichen Zulaufanschluss DN 50 für einen weiteren Sanitärgegenstand. Der Druckleitungsanschluss in der Nennweite DN 40 ist seitlich angeordnet und kann wahlweise rechts oder links erfolgen. Die Schnittdarstellung des Sammelbehälters in Bild 13 zeigt die in der Pumpen-Druckleitung angeordnete Rückschlagklappe, die ein Leerlaufen der Druckleitung verhindert. Die Entlüftung ist mit einem Aktivkohle-Geruchsfilter und integrierter Überlaufsicherung ausgestattet. Eine Entlüftungsleitung ist nicht erforderlich. Die automatisch mittels Schwimmer schaltende Tauchmotorpumpe arbeitet mit Drehstrom. Drei Zulaufstutzen in der Nennweite DN 50 ermöglichen den Anschluss von Spültisch, Wasch- und Geschirrspülmaschine oder anderer Entwässerungsgegenstände.

Bild 12: Einbaubeispiel einer Kleinsthebeanlage für fäkalienfreies Abwasser unterhalb einer Doppelspüle mit Anschlüssen für Geschirrspül- und Waschmaschine. (Bild: KSB)

Nicht gestattet ist der Anschluss von Klosetts und Urinalen. Die Druckleitung in der Nennweite DN 40 kann bis zu einer geodätischen Förderhöhe von h_geo = 3,50 m zunächst senkrecht steigend und danach mit einem Gefälle von 10 bis 30 mm/m bis zum Anschluss an eine Schmutzwasser-Fall- oder Sammelleitung der Grundstücksentwässerung verlegt werden. Geruchverschlussabgänge von Bidets, Dusch- und Badewannen müssen mit ihrer Rohrsohle mindestens 120 mm über Oberkante Fußboden liegen, damit sie oberhalb des Fußbodens an die seitlichen Zulaufanschlüsse des Sammelbehälters herangeführt werden können. Bei Wasch- und Geschirrspülmaschinen darf die Abwassertemperatur bei Eintritt in den Sammelbehälter 35 bis 40°C nicht überschreiten, da andernfalls die herstellerseitige Gewährleistung infrage gestellt ist. Bei Waschmaschinen ist im Kurzbetrieb allerdings ein Heißwasserzyklus bis zu 75°C zulässig.

Bild 13: Schnittdarstellung der Kleinsthebeanlage Ama-Drainer-Box bestehend aus Sammelbehälter mit zwei Zulaufanschlüssen DN 50, Druckleitungsanschluss DN 40 mit integrierter Rückschlagklappe, Entlüftung mit Aktivkohle-Geruchsfilter und integrierter Überlaufsicherung sowie Tauchmotorpumpe mit Schwimmerschalter. (Bild: KSB)

Bild 14 zeigt das Anwendungsbeispiel einer Kleinsthebeanlage für fäkalienfreies Abwasser, die unterhalb des Spültisches in einer Wohnungsküche einzubauen ist. Angeschlossen sind der Spültisch und die Geschirrspülmaschine. Der in Bild 15 dargestellte Sammelbehälter, der eine Tauchmotorpumpe mit Schwimmerschalter beinhaltet, ist mit einem Zulaufanschluss DN 40 von oben, zwei seitlichen Zulaufanschlüssen DN 40 und einem Druckleitungsanschluss DN 40 nach oben (mit integriertem Rückflussverhinderer) ausgestattet.

Bild 14: Einbaubeispiel der Kleinsthebeanlage Sanivite, mit Zulaufanschlüssen DN 40 für Geschirrspülmaschine und Spültisch sowie senkrechtem Druckleitungsabgang DN 40. (Bild: SFA Sanibroy)

Der Einsatz einer Kleinsthebeanlage für den Anschluss einer Dusche und einer Waschmaschine ist in Bild 16 dargestellt. Der Sammelbehälter mit he-rausnehmbarer Tauchmotorpumpe, integriertem Rückflussverhinderer und Schwimmerschalter ist unterhalb des Waschtisches angeordnet. Die angeschlossene Brausewanne kann auch mit einer längeren Zulaufleitung DN 40 und einem Gefälle von 20 mm/m an den Sammelbehälter angeschlossen werden.

Bild 15: Einbaumaße des Abwasser-Sammelbehälters der Kleinsthebeanlage Sanivite, mit einem Zulauf DN 40 von oben und zwei seitlichen Zuläufen DN 40 für den Anschluss von Spültisch, Wasch- und Geschirrspülmaschine. (Bild: SFA Sanibroy)

Vermeidung von Störungen

Zur Vermeidung von Störungen dürfen die hier beschriebenen Kleinsthebeanlagen nur bestimmungsgemäßes Abwasser aufnehmen. Die Einleitung von Stoffen wie z.B. Baumwolle, Tampons, Kondome, Lösungsmittel, Speisereste, Öle und dergleichen ist auszuschließen, da sonst mit Funktionsstörungen gerechnet werden muss. Für den elektrischen Anschluss gelten die jeweils gültigen IEC-Vorschriften bzw. die Anforderungen der VDE 0100 Teil 701. Werden die Anlagen in belüfteten Räumen und nicht überflutbar aufgestellt, müssen diese mindestens der Schutzart IP 44 entsprechen.

Bild 16: Einbaubeispiel und Schnittdarstellung der Kleinsthebeanlage Minilift, mit zwei Zulaufanschlüssen DN 40 für Brausewanne und Waschtisch/Geschirrspülmaschine sowie Druckleitung DN 32. (Bild: Kessel)

Dimensionierung der Zulaufanschlüsse

In der DIN EN 12050-3 [2] werden für den Schmutzwasserabfluss der an den Sammelbehälter anzuschließenden Entwässerungsgegenstände keine Anschlusswerte angegeben. Dagegen wird in den Prüfbestimmungen des Deutschen Instituts für Bautechnik [4] von so genannten reduzierten tatsächlichen Abflusswerten ausgegangen. Begründet wird dies mit dem eingeschränkten Anwendungsbereich: alle anzuschließenden Entwässerungsgegenstände im selben Raum mit kleinem Benutzerkreis. Diese reduzierten tatsächlichen Abflusswerte wurden abhängig von den angeschlossenen Entwässerungsgegenständen, wenn auch ohne Abflusswert für das Klosett, nach Tabelle 3 festgelegt. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Bidet bei gleichzeitiger Benutzung anderer Entwässerungsgegenstände nicht berücksichtigt werden sollte. Empfohlen wird für die Dimensionierung ein einheitlicher Abflusswert von 0,5 l/s.

Tabelle 3: Abflusswerte von Entwässerungs-
gegenständen

Gleichzeitig benutzte Entwässerungs- gegenstände	Abfluss- wert DU l/s	Anschluss- leitung* DN	Gefälle I_s mm/m	Füllungs- grad** h/d_eff	Volumenstrom		Fließ- geschwindigkeit
Gleichzeitig benutzte Entwässerungs- gegenstände	Abfluss- wert DU l/s	Anschluss- leitung* DN	Gefälle I_s mm/m	Füllungs- grad** h/d_eff	Q_vl/s	Q_vl/s	v_vm/s	v_vm/s
Waschbecken + Bidet + Dusche	0,8	40	20	>1,0	0,708	0,8	0,78	>0,78
Waschbecken + Dusche	0,7	40	20	>1,0	0,653	0,7	0,72	>0,72
Waschbecken + Bidet	0,6	40	20	>1,0	0,599	0,6	0,66	>0,66
Waschbecken	0,5	40	20	>1,0	0,499	0,5	0,55	>0,55

* Bei der Bemessung sollte ein Bidet nicht bei gleichzeitiger Benutzung der anderen Entwässerungsgegenstände berücksichtigt werden. Für Waschbecken + Bidet + Dusche wird ein Abflusswert von DU = 0,7 l/s für Waschbecken + Dusche von DU = 0,6 l/s, für Waschbecken + Bidet von DU = 0,5 l/s empfohlen.

** Maximaler Füllungsgrad h/d = 0,5 nach DIN 1986-100.

Dimensionierung der Pumpen-Druckleitung

Nach europäischer Norm sind für die hier behandelten Kleinsthebeanlagen Mindestdurchmesser der zusätzlichen Anschlüsse - zusätzlich zum Klosettanschluss - mit DN 40 einzuhalten. Dabei entspricht die Nennweite DN 40 nach DIN EN 12056-2 [1] einem Mindest-innendurchmesser von d_{i min} = 34 mm. Bei Hebeanlagen, in denen zwangsläufig eine Fäkalienzerteilung stattfindet, muss die Druckleitung einen Mindestinnendurchmesser von 20 mm haben. Für Hebeanlagen, bei denen keine zwangsläufige Zerteilung stattfindet, gilt ein Mindestinnendurchmesser von 25 mm.

Bei handelsüblichen Kleinsthebeanlagen sollen die Druckleitungen nach Herstellerangaben einen lichten Rohrdurchmesser von d_i = 25, 32 oder 40 mm erhalten. Zu verwenden sind beispielsweise Kupferrohre in den Abmessungen 28 x 1,5 mm, 35 x 1,5 mm und 42 x 1,5 mm oder Kunststoffrohre aus PVC, PE oder PP mit entsprechenden Innendurchmessern.

Bild 17: Installationsschema mit Ausführungsbeispielen für Sanitärobjekt bezogene Kleinsthebeanlagen.

Das Installationsschema in Bild 17 gilt allgemein für die Dimensionierung der Pumpen-Druckleitungen der verschiedenen Ausführungen der Kleinsthebeanlagen. Die Druckleitung kann danach ab Sammelbehälter zunächst über ein oder zwei Geschosse, abhängig von der zur Verfügung stehenden geodätischen Förderhöhe h_geo, senkrecht nach oben (Bilder 5, 7 u. 10) oder nach unten (Bilder 6 u. 17) geführt verlegt werden. Horizontale Druckleitungen sind mit einem Gefälle von 10 mm/m möglichst geradlinig bis zum Anschluss an eine Schmutzwasser-Fall- oder -Sammelleitung der Grundstücksentwässerung zu verlegen. Das senkrechte Hochführen der Druckleitung soll immer so nahe wie möglich am Druckleitungsanschluss des Sammelbehälters erfolgen. Alle Richtungsänderungen sind mit Bogen auszuführen. Nach dem Gipfelpunkt der hochgeführten Druckleitung kann die weiterführende horizontale Druckleitung die nächstgrößere Nennweite, maximal DN 40, erhalten (Ausnahme siehe Bild 11). Der unterste Punkt der Steigleitung ist mit einer Entleerungsöffnung auszustatten.

Die Dimensionierung der Pumpendruckleitung kann vorgenommen werden:

nach Erfahrungswerten der Hersteller (Bild 5),
abhängig von der herstellerseitig anzugebenden Pumpenkennlinie und nach dem Druckverlust in der Pumpendruckleitung,
durch Ermittlung des Betriebspunktes im Schnittpunkt von Pumpenkennlinie und Rohrleitungskennlinie der Pumpendruckleitung.

Nach Erfahrungswerten der Hersteller darf die Gesamtlänge der (Pumpen) Druckleitung, abhängig von deren Nennweite (DN 25 bis DN 40), etwa 20 bis 30 m betragen (Tabellen 1 u. 2). Die geodätische Förderhöhe h_geo, d.h. der Höhenunterschied zwischen Mitte Pumpen-Druckstutzen und Mitte Druckleitung am Gipfelpunkt, darf dabei je nach Modell etwa 2,50 bis 4,50 m betragen.

Bei der Dimensionierung der Druckleitung nach der Pumpenkennlinie und dem Druckverlust in der Rohrleitung ist davon auszugehen, dass die Pumpenförderhöhe H_P nach Gleichung (1) der Summe aus geodätischer Förderhöhe hgeo und dem Druckverlust aus Rohrreibung und Einzelwiderständen p in der Druckleitung entspricht.

H_P h_geo + Dp in mbar (1)

H_P Pumpenförderhöhe in mbar (= bar x 1000)

h_geo geodätische Förderhöhe in mbar (= m x 100)

Dp = R x l + Z = Druckverlust durch Rohrreibung und Einzelwiderstände in mbar

R = Rohrreibungsdruckgefälle in mbar/m

L = Länge der Druckrohrleitung in m

Z = Sz x (v²/2) x Q x 100 in mbar (N/m² x 100 = mbar)

Sz = Summe der Widerstandsziffern (Verlustbeiwerte) in der Pumpen-Druckleitung

v = Fließgeschwindigkeit (mittlere) in der Pumpen-Druckleitung in m/s

r = Dichte des Durchflussstoffes in kg/m³ (Wasser 10°C: 1000 kg/m³)

Bild 18: Pumpenkennlinie der Kleinsthebenanlage Sololift. (Bild:Grundfos)

Bild 18 zeigt das Beispiel einer solchen Pumpenkennlinie für die Kleinsthebeanlage Sololift in Bild 4. Zu entnehmen ist daraus, dass die Pumpenförderhöhe H_P mit zunehmendem Pumpenförderstrom Q_P kleiner wird, d.h. bei einer maximalen Pumpenförderhöhe von H_{P max} = 6,50 m beträgt der Pumpenförderstrom Q_{P min} = 0 m³/h bzw. bei der kleinsten Pumpenförderhöhe H_{P min} = 1,80 m beträgt Q_P max = 3,9 m³/h. Der Betriebspunkt dieser Kleinsthebeanlage muss daher zwischen diesen Grenzwerten liegen, d.h. zweckmäßigerweise im Bereich von Q_P = 1,0 bis 3,0 m³/h. Die Dimensionierung der Pumpendruckleitung soll daher für einen mittleren Pumpenförderstrom von Q_P = 2,0 m³/h = 0,556 l/s vorgenommen werden. Die Pumpenförderhöhe beträgt dabei nach Bild 18:

H_P = 3,66 m = 366 mbar.

Unter der Voraussetzung einer geodätischen Förderhöhe von h_geo = 2,50 m (= 250 mbar) verbleiben nach Gleichung (2) für den Druckverlust durch Rohrreibung und Einzelwiderstände:

Dp = H_P - h_geo in mbar (2) = 366 - 250 = 116 mbar

Mithilfe der Druckverlusttabellen für Kaltwasserleitungen aus Kupferrohr [5] erhält man unter Berücksichtigung eines Anteils von 50% für Einzelwiderstandsverluste die zulässigen Rohrweiten und Rohrlängen für die Pumpendruckleitung nach Tabelle 4.

Tabelle 4: Ermittlung der zulässigen Länge l_zul der Pumpendruckleitung bei Kleinsthebeanlagen bei einer Pumpenförderhöhe H_P = 366 mbar und einer geodätischen Förderhöhe h_geo = 2,50 m (= 250 mbar) in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Rohrweite

Verfügbares Rohrreibungsdruckgefälle für die Pumpendruckleitung bei einem angenommenen Anteil von 50% am Gesamtdruckverlust für Einzelwiderstände:

R_verf = (H_P - h_geo) : l in mbar/m = (366 - 250) x 0,5 : l mbar/m

Zulässige Gesamtlänge l_zul der Pumpendruckleitung: l_zul = (H_P - h_geo) : R_verf in m

Volumenstrom* Q l/s	Nennweite d_a x s mm x mm	Fließ- geschwindigkeit* v m/s	Rohrreibungs- druckgefälle R mbar/m	Druckverlust aus Rohrreibung** l x R mbar	zulässige Rohrlänge l m
0,344	28 x 1,5	0,7	2,81	58	20,64
0,563	35 x 1,5	0,7	2,06	58	28,15
0,836	42 x 1,5	0,7	1,61	58	36,02

* Volumenstrom bei der Mindestfließgeschwindigkeit von v 0,7 m/s nach DIN EN 12050-3.

** Zulässiger Druckverlust durch Rohrreibung bei einem angenommenen Anteil von 50% am Gesamtdruckverlust für Einzelwiderstände.

L i t e r a t u r :

[1] DIN EN 12056-1, 01.2001, Schwerkraftentwässerungsanlagen innerhalb von Gebäuden; Allgemeine und Ausführungsanforderungen. Beuth Verlag GmbH, Berlin.
DIN EN 12056-2, 01.2001, ...; Schmutzwasseranlagen, Planung und Berechnung.
DIN EN 12056-4, 01.2001, ...; Abwasserhebeanlagen, Planung und Bemessung.

[2] DIN EN 12050-3, Abwasserhebeanlagen für die Grundstücksentwässerung, Bau- und Prüfgrundsätze; Fäkalienhebeanlagen zur begrenzten Verwendung.

[3] Dieter Wilke, Hans-Jürgen Dageförde, Andreas Knuth, Thomas Meyer: Bauordnung für Berlin - Kommentar mit Rechtsverordnungen und Ausführungsvorschriften, 5. Auflage 1999.
Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mnH, Braunschweig/Wiesbaden.

[4] Kuhn, Berthold u. Bauermeister, Bodo: Aus der Arbeit des Sachverständigenausschusses "Sanitärausstattungsgegenstände und Abwasserhebeanlagen", 1993. Institut für Bautechnik, Berlin.

[5] Feurich, Hugo: Sanitärtechnik, 8. Auflage 1999. Krammer Verlag, Düsseldorf.

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