DE19515366A1 - Regenwassernutzungsanlage, Betriebsverfahren und Steuergerät für dieselbe - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Regenwassernutzungsan­ lage mit einem Regenwasserbehälter und einer daraus in einen Druck- oder Zwischenbehälter und/oder in eine Regen­ wasserleitung fördernden Wasserpumpe, insbesondere nach Hauptpatent P 44 28 757, sowie auf Betriebsverfahren für eine derartige Regenwassernutzungsanlage und auf ein Gerät zur Steuerung derselben.

Im Hauptpatent P 44 28 757 wird eine Regenwassernutzungsan­ lage unter Schutz gestellt, die einen für die speziellen Anforderungen einer Regenwassernutzungsanlage optimierten Füllstandssensor aufweist, der trotz einfachsten Aufbaus eine kontinuierliche Erfassung des Füllstands in einem Re­ genwasserbehälter ermöglicht. Zu diesem Zweck wird ein Luftschlauch in den Behälter gelegt, an dem ein Druckmeß­ sensor angekoppelt ist, der ein zu dem Wasserdruck und da­ mit zu dem Füllstand proportionales Meßsignal liefert. Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit wird Luft in den Schlauch ein­ gepreßt.

Bei Regenwassernutzungsanlagen ist der größte Störfaktor die Belastung des Regenwassers mit Schmutz, der sich in dem Regenwassersammelbehälter als Schlamm ablagert. Zwar ist das Regenwasser in seinem ursprünglichen Zustand relativ sauber; es wird jedoch zumeist durch Ankopplung an das Fallrohr einer Dachrinne gewonnen, wo es bereits den ge­ samten Schmutz mit sich führt, der sich im Lauf der letzten Trockenperiode auf dem Dach abgesetzt hat. Diese Verschmut­ zung ist inbesondere in Stadtbereichen sehr hoch. Sie ist bei einer gattungsgemäßen Regenwassernutzungsanlage vor al­ lem deshalb ungünstig, weil der Meßschlauch verstopft wer­ den kann; auch der Saugschlauch der Förderpumpe kann ver­ stopfen, und die Förderpumpe kann beschädigt werden.

Nach alledem liegt das die vorliegende Zusatzerfindung in­ itiierende Problem darin, eine Regenwassernutzungsanlage mit einer dem Hauptpatent P 44 28 757 ähnlichen Struktur derart weiterzubilden, daß Störungen aufgrund von Ver­ schmutzungen des Regenwassers vermieden werden. Zur Lösung dieses Problems sieht die Erfindung eine Reihe von Maßnah­ men vor, die unabhängig voneinander angewandt werden können und dabei das Störungsrisiko mindern und bei vereintem Ein­ satz den sicheren Betrieb der Regenwassernutzungsanlage selbst bei starker Verschmutzung des Regenwassers gewähr­ leisten.

Eine erste Maßnahme besteht darin, daß in dem Regenwasser­ zulauf ein Filter eingebaut ist. Hierdurch kann bereits eine Vor- oder Grobfilterung erfolgen, die zumindest grö­ ßere Schmutzpartikel zurückhält und den Zweck hat, stärkere Schlammablagerungen auf dem Boden des Sammelbehälters zu vermeiden. Dadurch wird einer Verstopfung des Meß- und/oder Saugschlauchs vorgebeugt.

Ein solches Zulauffilter muß eine große Menge Schmutz auf­ nehmen und birgt somit die Gefahr der Verstopfung in sich. Um in diesem Fall ein Überlaufen der Dachrinnen zu vermei­ den, sieht die Erfindung vor, daß an dem Filtergehäuse in einer Höhe, bis zu der auch bei starkem Regen kein Wasser aufsteigen kann, ein Füllstandssensor angeordnet ist. So­ bald dieser Füllstandssensor demnach einen Rückstau ober­ halb des Filters anzeigt, so muß dieser Rückstau auf eine Verstopfung zurückzuführen sein, und die Steuerung kann ge­ eignete Maßnahmen ergreifen, insbesondere eine Fehlermel­ dung erzeugen. Auch ist es möglich, oberhalb des Filters eine steuerbare Klappe anzuordnen, um im Fall der Verstop­ fung das weitere Regenwasser direkt in die Kanalisation ab­ zuleiten.

Als weitere Maßnahme zur Vermeidung von schmutzbedingten Störungen, insbesondere zum Schutz der Förderpumpe, aber auch um möglichst reines Regenwasser anzubieten, sieht die Erfindung vor, daß in dem Saugrohr ein Feinfilter angeord­ net ist. Solchermaßen wird eine zweite Filterstufe vorgese­ hen, die das Regenwasser auf seinem Weg zum Verbraucher durchströmen muß. Da größere Partikel bereits durch das Zu­ lauffilter entfernt wurden, kann hier ein Feinfilter ver­ wendet werden, das den bereits deutlich reduzierten Rest­ schmutzanteil zurückhält.

Dennoch würde auch ein derartiges Feinfilter im Lauf der Zeit verstopfen, wenn keine Maßnahmen zur Reinigung ergrif­ fen würden. Deshalb ist gemäß der Erfindung in einer an die Saugleitung unterhalb des Feinfilters angeschlossenen Ab­ zweigung ein elektrisch zu öffnendes Ventil angeordnet. Dieses Ventil wird bei gleichzeitigem Stillstand der För­ derpumpe in größeren Zeitabständen geöffnet, so daß das Wasser aus der Regenwasserleitung und insbesondere aus ei­ nem an dieselbe angekoppelten Druckgefäß zurückströmt. Die­ ses Wasser schwemmt bei seiner nun entgegengesetzten Strö­ mungsrichtung den in dem Feinfilter angesammelten Schmutz in die Kanalisation.

Zur weiteren Reduzierung der Schmutzmenge in dem Regenwas­ serbehälter kann nach einem weiteren Aspekt der Erfindung in dem Regenwasserzulauf eine steuerbare Klappe vorhanden sein, um das Regenwasser ggf. umzuleiten. Während größerer Regenperioden füllt sich der Regenwasserbehälter relativ schnell an und ist nicht mehr in der Lage, die gesamte, an­ fallende Wassermenge aufzunehmen. Dabei fließt nicht das verschmutzte, nachströmende Regenwasser, sondern das durch Ablagerungen zumindest teilweise gereinigte Wasser aus dem oberen Bereich des Sammelbehälters durch den Überlauf ab, so daß sich beständig erhebliche Schmutzmengen in dem Regenwasserbehälter ansammeln. Sofern in dem Zulauf ein Zu­ lauffilter angeordnet ist, wird dieses Filter ständig von Regenwasser durchströmt, welches dort unnötigerweise seine Schmutzfracht ablädt und zu einer vorzeitigen Verstopfung führt. All diese Nachteile können umgangen werden, wenn bei gefülltem Regenwasserbehälter von der Steuerung eine ggf. oberhalb eines Zulauffilters angeordnete Zulaufklappe umge­ schalten wird, um weiteres Regenwasser direkt in die Kana­ lisation abzuleiten.

Neben diesen Maßnahmen, die vor allem der Reinhaltung des Regenwasserbehälters, insbesondere aber auch der Regenwas­ serleitung dienen, kann eine weitere Maßnahme ergriffen werden, um trotz der Ansammlung von Schlammablagerungen in dem Regenwasserbehälter ein Verstopfen des Meßschlauchs zu vermeiden. Diese Maßnahme besteht darin, die zwischen Luft­ pumpe und Meßschlauch angeordnete Düse mit einem relativ großen Durchmesser zu versehen, so daß die Strömungsge­ schwindigkeit in dem Meßschlauch kaum reduziert wird. Die Düse sollte jedoch nicht ganz weggelassen werden, um evtl. beim Anlauf der Luftpumpe erzeugte Druckstöße von dem Druckmeßumformer fernzuhalten. Sofern die Strömungsgeschwindigkeit in dem Meßschlauch kaum herabge­ setzt ist, kann die ausströmende Luft aufgrund ihres hohen Drucks auch bereits eingetretene Verstopfungen wieder rück­ gängig machen, indem die betreffenden Schmutzpartikel aus dem Meßschlauch herausgepreßt werden. Da infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeit bei laufender Luftpumpe jedoch ein nicht zu vernachlässigendes Druckgefälle innerhalb des Meß­ schlauchs entsteht, muß die Luftpumpe zur Durchführung einer exakten Füllstandsmessung abgeschalten werden. Dies ist je­ doch kein Nachteil, da sich der Füllstand infolge der rela­ tiv großen Grundfläche des Sammelbehälters nur sehr langsam ändern kann und somit Meßintervalle von einigen Sekunden bis zu Minuten völlig ausreichen, um dennoch alle erforder­ lichen Schaltungen mit einer ausreichenden Reaktionsgeschwindigkeit auslösen zu können.

Um die notwendige Reaktionsgeschwindigkeit nicht zu beein­ trächtigen, andererseits jedoch keine überflüssigen Messun­ gen vornehmen zu müssen, die aufgrund der Aktivierung der Luftpumpe mit einem erhöhten Stromverbrauch verbunden sind, sieht die Erfindung weiterhin vor, daß die Dauer der Zei­ tintervalle zwischen den Füllstandsmessungen etwa propor­ tional zu dem zuletzt gemessenen Füllstand ist. Demnach kann bei einem hohen Füllstand, wo weder die Gefahr des Trockenlaufs der Förderpumpe noch eine Notwendigkeit zur Betätigung der Nachfüllvorrichtung gegeben ist, die Füll­ standsmessung nach relativ langen Zeitintervallen wieder­ holt werden, ohne daß ein zwischenzeitliches Unterschreiten bspw. des Trockenlaufpegels zu befürchten ist. Je näher sich der Füllstand diesem unteren Pegel nähert, in desto kürzeren Abständen muß die Messung durchgeführt werden, um den Trockenlaufschutz möglichst unverzögert auszulösen.

Es hat sich herausgestellt, daß es völlig ausreichend ist, wenn vor jeder Messung die Luftpumpe nur für ein kurzes Zeitintervall eingeschalten wird, um eingedrungenes Wasser aus dem Schlauch herauszupressen, so daß nach Stillsetzen der Luftpumpe, die in einem solchen Fall gleichzeitig die Funktion eines Rückschlagventils übernimmt, der Schlauch völlig partikel- und darüberhinaus auch wasserfrei ist.

Zusätzlich ist es bei diesem Betriebsverfahren möglich, während laufender Luftpumpe eine Kontrollmessung durch­ zuführen, damit mögliche Fehlfunktionen erkannt werden. Liegt der Luftdruck bei laufender Luftpumpe nicht über dem anschließend gemessenen Wert, so ist zu vermuten, daß die Luftpumpe defekt ist. Liegt der Wert bei laufender Luft­ pumpe dagegen weit über dem anschließend gemessenen Wert, so ist vermutlich eine starke Verstopfung des Meßschlauchs die Fehlerursache.

Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Gerät zur Steuerung einer derartigen Regenwassernutzungsanlage, das eine Luftpumpe aufweist, deren Druckausgang über eine Ver­ bindungsleitung mit einem Anschlußelement für einen Schlauch verbunden ist, wobei zwischen Luftpumpe und An­ schlußelement ein Druckmeßumformer oder Druckschalter ange­ ordnet oder angeschlossen ist. Ein derartiges Steuergerät umfaßt demnach bereits - mit Ausnahme des Meßschlauchs - alle für die Füllstandsmessung erforderlichen Elemente und kann demnach insbesondere in privaten und/oder landwirt­ schaftlichen Anlagen eingesetzt und ohne geschultes Perso­ nal in Betrieb genommen werden. Auch ist ein derartiges Steuergerät nicht auf die Anwendung in einer reinen Regen­ wassernutzungsanlage beschränkt, sondern kann statt dessen auch zur Steuerung einer Grauwasseranlage verwendet werden, bei der bspw. das beim Duschen und Waschen anfallende Ab­ wasser gesammelt und zur Toilettenspülung benutzt wird, oder - bei Betrieb nach dem oben beschriebenen, intermit­ tierenden Meßverfahren - zur Ermittlung des Füllstands in Behältern mit schlammigem Inhalt, bspw. in landwirtschaft­ lichen Düngerfässern.

Als weitere Komponente weist das erfindungsgemäße Steuerge­ rät einen elektrischen Anschluß für eine Förderpumpe auf, der über eine Steuerbaugruppe mit dem Druckmeßumformer ge­ koppelt ist. Für eine Regenwassernutzungsanlage mit Mini­ malkonfiguration - Sammelbehälter mit Förderpumpe - sind demnach keine zusätzlichen Sensoren oder Aktuatoren erfor­ derlich.

Die einzige Figur der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Regenwassernutzungsanlage zu sehen.

Die Regenwassernutzungsanlage 1 entspricht völlig der An­ lage gemäß Fig. 1 des Hauptpatents P 44 28 757, weshalb hier die unverändert übernommenen Komponenten nur kurz an­ gesprochen werden sollen. Ein Regenwasserbehälter 2 dient zur Sammlung von Regenwasser 3, welches über ein mit einer Dachrinne gekoppeltes Fallrohr 4 eingeleitet wird. Das ge­ sammelte Wasser 5 wird über ein Saugrohr 6 von der Förder­ pumpe 7 in eine Regenwasserleitung 8 gepumpt. Ein dort an­ geordneter Drucksensor 9 bildet zusammen mit dem Motor 10 der Förderpumpe 7 einen 2-Punkt-Regelkreis für den Druck in der Regenwasserleitung 8. Zur Abdämpfung von Druck­ schwankungen kann an die Regenwasserleitung 8 ein nicht dargestellter Druckausgleichsbehälter angeschlossen sein. Damit bei Stillstand der Pumpe 7, 10 das Regenwasser 14 aus der Regenwasserleitung 8 nicht in den Sammelbehälter 2 zu­ rückströmen kann, ist am unteren Ende 11 des Saugrohrs 6 knapp oberhalb des Behälterbodens 12 ein Rückschlagventil 13 angeordnet. Um einen Trockenlauf der Förderpumpe 7 aus­ zuschließen, kann eine der Zuleitungen 16 des Motors 10 vermittels des Steuergerätes 18 vom Stromnetz 17 getrennt werden.

Um den Füllstand 15 des Wassers 5 innerhalb des Behälters 2 zu überwachen, ist ein Drucksensor 19 vorhanden, der über eine Abzweigung 24 an eine mit dem Schlauch 30 verbundene Leitung 22 angeschlossen ist. Der andere Anschluß der Ver­ bindungsleitung 22 ist über eine Düse 28 mit der Druckseite 26 einer Luftpumpe 25 verbunden. Diese Luftpumpe 25 läuft nicht kontinuierlich, sondern wird in mehr oder weniger großen Zeitabständen kurzzeitig eingeschalten, wodurch am freien Ende 23 des Schlauchs 30 Luft 27 aus strömt und dabei evtl. eingedrungenes Wasser und/oder Ablagerungen aus dem Schlauch 30 herauspreßt. Die Düse 28 hat einen relativ großen Querschnitt und dient vor allem dazu, Druckstöße beim Einschalten der Luftpumpe 25 von dem Druckmeßumformer 19 fernzuhalten. Nach einer kurzen Laufdauer wird die Luft­ pumpe 25 wieder abgeschalten, sie wirkt im Stillstand wie ein Rückschlagventil. Dadurch bleibt der Schlauch 30 was­ serfrei und der Druck im Bereich des Behälterbodens 12 wird ohne jegliche Verfälschung zum Druckmeßumformer 19 transformiert, der kurz nach Stillsetzen der Luftpumpe 25 abgefragt wird, um einen gültigen Meßwert zu erhalten. Je höher der registrierte Füllstand 15 liegt, um so größer ist das Zeitintervall bis zur nächsten Füllstandsmessung, bei der die Luftpumpe 25 abermals kurzzeitig aktiviert wird.

Die solchermaßen ermittelten Füllstände 15 werden von dem Steuergerät 18 neben der Trockenlaufüberwachung auch zur Ansteuerung der Magnetspule 41 eines Nachfüllventils 42 verwendet, mit dem ggf. über einen weiteren Zulauf 44 Frischwasser 45 aus dem Trinkwassernetz 43 nachgefüllt wird.

Zusätzlich zu diesen, aus dem Hauptpatent weitgehend be­ kannten Komponenten ist im Fallrohr ein Zulauffilter 51 an­ geordnet, um das durchströmende Regenwasser 3 von größeren Schmutzpartikeln zu befreien. Bei übermäßiger Verschmutzung kann das Zulauffilter 51 verstopfen. Deshalb ist in dem Zu­ lauffilter 51 ein Füllstandssensor 52 angeordnet und zwar in einem Bereich, bis zu dem das Regenwasser 3 bei normalem Betrieb nicht aufsteigt. Im Fall einer Verstopfung wird das Wasser jedoch bis zu dem Füllstandssensor 52 aufgestaut. Die Steuerung 18 erkennt anhand des Ausgangssignals des Füllstandssensors 52 die Verstopfung des Zulauffilters 51 und betätigt 53 eine Klappe 54, mit der das weitere Regen­ wasser 3 in die Kanalisation 55 geleitet wird.

An dem Überlauf 56 des Behälters 2 ist ebenfalls ein Sensor 57 angeordnet, der sowohl einen Überlauf als auch einen Rückstau in der Überlaufleitung sensiert und an das Steuer­ gerät 18 meldet. Auch in diesen Fällen wird das weitere Re­ genwasser 3 vermittels der Klappe 54 in die Kanalisation eingeleitet, um eine Überschwemmung des betreffenden Kel­ lerraums zu vermeiden.

Um die Förderpumpe 7 vor einer Beschädigung zu schützen und insbesondere möglichst reines Wasser 14 für die Verbraucher zur Verfügung zu stellen, ist in der Saugleitung 6 ein Feinfilter 58 angeordnet, welches restliche Verunreinigun­ gen zurückhält. Zur Reinigung des Feinfilters 58 wird von dem Steuergerät 18 das Ventil 62 kurzzeitig geöffnet 59, so daß das in der Regenwasserleitung 8 sowie einem ggf. ange­ schlossenen Druckbehälter befindliche Wasser 14 durch den Feinfilter 58 zurückströmt und dabei die dort abgelagerten Schmutzpartikel in die Kanalisation schwemmt.

An dem Gehäuse 29 des Steuergerätes 18 ist ein Element 60 zum Anschluß des Schlauchs 30 vorhanden, in welches die Verbindungsleitung 22 mündet. Neben einem Netzstecker 17 ist eine Anschlußmöglichkeit 61 für den Motor 10 der För­ derpumpe 7 vorhanden, so daß für eine Minimalkonfiguration neben dem Steuergerät 18 nur der Regenwasserbehälter 2, der Schlauch 30 sowie die Förderpumpe 7, 10 notwendig sind.

Claims (15)

1. Regenwassernutzungsanlage (1) mit einem Regenwasserbehälter (2) und einer daraus in einen Druck- oder Zwischenbehälter und/oder in eine Regen­ wasserleitung (8) fördernden Wasserpumpe (7), insbe­ sondere nach Hauptpatent P 44 28 757, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Regenwasserzulauf (4) ein Filter (51) eingebaut ist.

2. Regenwassernutzungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an dem Gehäuse des Filters (51) in einer Höhe, bis zu der auch bei starkem Regen kein Wasser aufsteigen kann, ein Füllstandssensor (52) an­ geordnet ist.

3. Regenwassernutzungsanlage nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Füllstandssensor (52) ein Leitfähigkeitssensor ist.

4. Regenwassernutzungsanlage (1) mit einem Regenwasserbehälter (2) und einer daraus in einen Druck- oder Zwischenbehälter und/oder in eine Regen­ wasserleitung (8) fördernden Wasserpumpe (7), insbe­ sondere nach Hauptpatent P 44 28 757, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Saugrohr (6) ein Feinfilter (57) angeordnet ist.

5. Regenwassernutzungsanlage nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einer an die Saugleitung (6) unterhalb des Feinfilters (57) angeschlossenen Abzweigung ein elektrisch zu öffnendes Ventil (62) angeordnet ist.

6. Regenwassernutzungsanlage (1) mit einem Regenwasserbehälter (2) und einer daraus in einen Druck- oder Zwischenbehälter und/oder in eine Regen­ wasserleitung (8) fördernden Wasserpumpe (7), insbe­ sondere nach Hauptpatent P 44 28 757, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Regenwasserzulauf (4) eine steu­ erbare Klappe (54) vorhanden ist, um das Regenwasser (3) ggf. umzuleiten.

7. Regenwassernutzungsanlage nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an dem Regenwasserbehälter (2) ein Überlauf (56) mit einem Überlaufsensor (57) vorhanden ist.

8. Verfahren zum Betrieb einer Regenwassernutzungsanlage (1) mit einem Regenwasserbehälter (2) und einer daraus in einen Druck- oder Zwischenbehälter und/oder in eine Regenwasserleitung (8) fördernden Wasserpumpe (7), insbesondere nach Hauptpatent P 44 28 757 und/oder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Füllstandsmessungen in Zeitintervallen von einigen Sekunden bis Minuten durchgeführt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Zeitintervalle zwischen den Füllstands­ messungen etwa proportional zu dem zuletzt gemessenen Füllstand (15) ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß vor jeder Messung die Luftpumpe (25) für ein kurzes Zeitintervall eingeschalten wird, um eingedrun­ genes Wasser aus dem Schlauch (30) herauszupressen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß während laufender Luftpumpe (25) eine Kontrollmes­ sung durchgeführt wird, um den Pumpendruck zu überwa­ chen.

12. Steuergerät (18), insbesondere für eine Regenwasser­ nutzungsanlage (1) nach Hauptpatent P 44 28 757 und/oder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn­ zeichnet durch eine Luftpumpe (25), deren Druckausgang (26) über eine Verbindungsleitung (22) mit einem An­ schlußelement (60) für einen Schlauch (30) verbunden ist, wobei zwischen Luftpumpe (25) und Anschlußelement (60) ein Druckmeßumformer (19) oder Druckschalter angeordnet oder angeschlossen (24) ist.

13. Steuergerät nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen elektrischen Anschluß (61) für eine Förderpumpe (7, 10), der über eine Steuerbaugruppe mit dem Druck­ meßumformer (19) gekoppelt ist.

14. Steuergerät nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein zweites Anschlußelement für einen weiteren Schlauch sowie ein zweiter elektrischer An­ schluß für eine weitere Förderpumpe vorhanden sind, um neben der Regenwassernutzungsanlage gleichzeitig eine Grauwassernutzungsanlage zu steuern.

15. Verwendung eines Steuergeräts (18) nach einem der An­ sprüche 13 bis 15 zur Ermittlung des Füllstands in Be­ hältern für schlammigen Inhalt, bspw. in landwirt­ schaftlichen Düngerfässern.