Regenwasserfilter mit Wechselsprung

Neues Filterprinzip für selbstreinigende Regenwasserfilter

Seit Anfang der 90-Jahre gibt es professionelle Regenwasserfiltersysteme mit Selbstreinigungseffekt auf dem Markt. Dem Wunsch der Fachhandwerker und Nutzer nach hohen Wirkungsgraden und geringerem Wartungsaufwand wird durch neue Entwicklungen entsprochen.

Der ideale Regenwasserfilter sollte dabei folgende Merkmale aufweisen:

einen effektiven Wirkungsgrad von >90%,
nahezu wartungsfreie Betriebsmöglichkeit,
einen minimalen Höhenversatz und
geringe Herstellkosten.

Über einen Zeitraum von zwei Jahren befasste sich die Forschungsstelle Wasserwirtschaft und Umwelt der Universität Siegen mit der Entwicklung eines vollkommen neuen Prinzips.

Tatsächliches Niederschlagsverhalten und "effektiver Wirkungsgrad"

Um einen Filter mit hohem Wirkungsgrad entwickeln zu können, ist die Kenntnis über das tatsächliche Niederschlagsverhalten entscheidend. So fallen über 90% des Jahresniederschlages bei besonders kleinen Niederschlägen bis nur 0,3 mm / 5 min an, wie die folgende Tabelle verdeutlicht.

Viele auf dem Markt befindliche Filtersysteme berücksichtigen dieses Niederschlagsverhalten jedoch überhaupt nicht, da sie große Verluste gerade bei diesen sehr kleinen Regenereignissen haben. Häufig sind die Siebe nach wenigen Regenereignissen schon so verschmutzt, dass die kleinen Volumenströme in den Überlauf fließen. Die Grafik veranschaulicht exemplarisch die schlechten Wirkungsgrade eines im Wasserbaulabor der Hochschule Siegen untersuchten Systems besonders bei kleinen Niederschlagsereignissen. Dort wurden mehrere marktbekannte selbstreinigende Filtersysteme untersucht und anschließend deren effektive Wirkungsgrade mit Daten von Regenereignissen verschiedener Wetterstationen berechnet:

System 1: 47% Gesamtwirkungsgrad

System 2: 82% Gesamtwirkungsgrad

System 3: 70% Gesamtwirkungsgrad

Neues Lösungsprinzip "Wechselsprungfilter"

Die zuvor beschriebenen Ziele sind bei dem Wechselsprungfilter mit einer einfachen Geometrie einer Senke realisiert worden. Im Gegensatz zu anderen selbstreinigenden Filtervarianten filtert der Wechselsprungfilter die kleineren Niederschläge, die die maximale Wassermenge liefern, zu 100% durch seine zunächst sammelnde Funktion. Dies ist für seinen effektiven Gesamtwirkungsgrad von 98% entscheidend. Große Niederschlagsereignisse, die ca. 4 bis 10 mal im Jahr auftreten und nur zu ca. 3% zur Wasserausbeute beitragen, werden für die Selbstreinigungsfunktion verwendet. Durch einen Strömungswirbel, dem so genannten Wechselsprung, wird der Filter bei diesen starken Niederschlagsereignissen sauber gespült. Ein Edelstahl-Spaltsieb gewährleistet mit einer Maschenweite von 440mm eine ideale Reinigungswirkung. Dabei ist es unerheblich, ob der Filter lange nicht gewartet wurde. Auch die Anfangsniederschläge werden zu 100% gesammelt, denn sie tragen erheblich zum effektiven Gesamtwirkungsgrad bei. Schmutz und Wasser können durch den Wechselsprung nahezu auf die gleiche Ebene des Zuflusses wieder angehoben werden. Der Höhenversatz des ablaufenden Wassers ist somit minimal.

Funktionsstufen des Wechselsprungfilters

Die folgende Abbildung zeigt die beiden Funktionsstufen des Wechselsprungfilters für Dachflächen bis 300 m².

1. Bei Volumenströmen bis etwa 0,6 l/s funktioniert der Filter als sammelndes System. Das gesamte Regenwasser läuft zu 100% durch das Sieb in die Zisterne.

2. Bei Volumenströmen ab etwa 0,6 l/s bildet sich der Wechselsprung aus. Eine rotierende Strömung reißt den Schmutz, der sich in der Senke angesammelt hat, mit in den Überlauf.

Auftreten des Wechselsprungereignisses

Untersuchungen der Regenereignisse ergaben, dass gerade im Frühjahr und im Spätsommer bis Herbst Niederschlagsereignisse auftreten, die zu einem Wechselsprung im Filter und somit zu einem Reinigungsvorgang führen. Für die Reinigung des Filters von Blütenpollen im Frühjahr und Blättern im Herbst ist dieses Niederschlagsverhalten optimal.

Einbau des Filters

Bei der Montage kann es häufig passieren, dass der Filter nicht richtig eingebaut wird. Daher sind Versuche gemacht worden, wie die Funktion des Filters bei verschiedenen Neigungen ist. Selbst bei 5° Neigung zu allen Seiten hin konnten keine negativen Auswirkungen auf die Funktion des Filters festgestellt werden.

Ablauf für Dachflächen bis 300 m²

Da diese Filter als Serienprodukte hergestellt werden, konnten gleich mehrere Funktionsmerkmale, wie ein Skimmerüberlauf und eine Rückstauklappe (gleichzeitig Kleintierschutz) ohne zusätzliche Kosten integriert werden.

Bei Anschluss des Überlaufes an einen Regenwasserkanal muss nach DIN 1989-1 bei Regenwassernutzungsanlagen in Zukunft ohnehin eine einfache Rückstauklappe zur Sicherung installiert werden.

Großfiltersysteme für Dachflächen bis 6.000 m²

Nach zahlreichen Versuchsreihen mit Prototypen für Dachflächen bis 300 m² lag es nahe, das neue Prinzip auch für größere Filterkonstruktionen zu verwenden. Mit Hilfe von Ähnlichkeitsberechnungen, bestätigt durch Versuche im Wasserbaulabor, konnte schließlich eine Serie von Filtern entwickelt werden, die für nahezu beliebige Dachflächengrößen eingesetzt werden kann. Die Großfilter werden inzwischen in verschiedenen Ausführungen für den Einbau in eine Zisterne (aus PE oder VA) oder in Betonbauweise als separate Schachtkonstruktion gefertigt und direkt an die Baustelle geliefert.

Zusammenfassung

Mit dem Prinzip des "Wechselsprunges" ist es gelungen, ein Filterprinzip für die Regenwassernutzung zu entwickeln, welches die Vorzüge von sammelnden und selbstreinigenden Filtern vereint. Da es die wichtigen kleinen Regenereignisse zu 100% filtert, erreicht das neue Filterprinzip, nach Herstellerangaben, einen effektiven Wirkungsgrad von über 98%. Die größeren Regenereignisse spülen den Filter mit einem Strömungswirbel einige Male im Jahr vom angesammelten Schmutz frei und sorgen somit für einen nahezu wartungsfreien Betrieb des Filtersystems. Der besonders geringe Höhenversatz erschließt dem Filter einen breiten Einsatzbereich.

Internetinformationen:
www.intewa.de

B i l d e r u n d G r a f i k e n : Intewa GmbH, Aachen

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