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Exklusiv-Interview: Energieeffiziente Abwasserpumpen Wie kann man die Energieeffizienz einer Abwasserpumpe erhöhen?

| Autor/ Redakteur: Hans-Jürgen Bittermann / Jörg Kempf

Wie kann man die Energieeffizienz einer Abwasserpumpe erhöhen, ohne deren Funktionalität zu beeinträchtigen? Denn klar ist, dass für Betreiber von Abwasserentsorgungsnetzen die Betriebssicherheit der technischen Systeme eine übergeordnete Rolle spielt. Diese Fragen beschäftigen auch Prof. Dr.-Ing. Peter Uwe Thamsen von der TU-Berlin. Dazu hat er mit seinem Team einen Prüfstand mit künstlichem Abwasser entwickelt. Im Exklusiv-Interview gibt er Einblick in den Stand der Dinge.

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Energieeffiziente Abwasserpumpe? „Die Erfahrung lehrt uns, dass erst bei Betrachtung der gesamten Anlage größere Energieeinsparungspotentiale bis zu 30 % erreichbar sind“, so Prof. Paul Uwe Thamsen von der TU Berlin.
Energieeffiziente Abwasserpumpe? „Die Erfahrung lehrt uns, dass erst bei Betrachtung der gesamten Anlage größere Energieeinsparungspotentiale bis zu 30 % erreichbar sind“, so Prof. Paul Uwe Thamsen von der TU Berlin.
(Bild: Thamsen/TU Berlin)

? Herr Prof. Thamsen, die Diskussion um die Effizienz von Abwasserpumpen im Rahmen der Ökodesign-Vorgaben beschäftigt die Branche ja bereits geraume Zeit. Gibt es Zwischenergebnisse?

Thamsen: Ja, an dem Thema arbeiten die Pumpenhersteller im Rahmen des Europäischen Sektor Komitees Europump innerhalb eines Arbeitskreises zur gemeinsamen Definition der Vorgehensweise und der erreichbaren Ziele. Parallel läuft noch die Studie zur Revision der aktuell geltenden Verordnung (547/2012), die eine Ausweitung des Anwendungsbereiches auf Abwasserpumpen vorsieht (Lot 28). Zunächst wurden die verschiedenen Pumpentypen eingeteilt in Freistromrad- und Kanalradpumpen und deren typische Betriebsweisen festgelegt. Aktuell werden die erzielbaren Wirkungsgrade verschiedener Pumpentypen aller beteiligten Hersteller in einer größeren Umfrage erfasst und ausgewertet. Hieraus soll dann ein Energie-Effizienz-Index (EEI) ähnlich zu den bekannten Verfahren bei Heizungsumwälzpumpen und Wasserpumpen entstehen. Erst nach Auswertung der erreichbaren Wirkungsgrade der verschiedenen Pumpentypen und -größen und der Anzahl der installierten Pumpen kann dann das Einsparungspotenzial abgeschätzt werden.

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? Was sind aus Ihrer Sicht die Herausforderungen bei der Einbeziehung der Abwasserpumpen?

Thamsen: Die wesentliche Herausforderung bei der Umsetzung der Ökodesign-Richtlinie liegt darin, dass diese Forderungen auf das nackte Produkt bezogen sind. In der Praxis werden diese aber immer in einer spezifischen Anwendung betrieben, und daraus folgt dementsprechend eine Energieeffizienz einer funktionalen Einheit. Es macht also nur Sinn, diese funktionale Einheit zu betrachten und gegebenenfalls zu verbessern. Der von Europump kreierte und verfolgte Ansatz des erweiterten Produkts (Pumpe, Motor und Steuerung) trägt diesem Gedanken im Rahmen des Produktansatzes der Ökodesign-Richtlinie Rechnung; denn die Erfahrung lehrt uns, dass erst bei Betrachtung der gesamten Anlage größere Energieeinsparungspotenziale bis zu 30 Prozent erreichbar sind.

Bei der Förderung von Abwasser steht zudem die Verfügbarkeit – also das verstopfungsfreie Pumpen – absolut im Vordergrund. Dies wurde uns von allen gefragten Anwendern mehrfach bestätigt. Dabei ist auch der Gesamtaufwand an Energie einer funktionierenden Anlage im ersten Ansatz meist geringer als einer störungsanfälligen. Dazu kommen noch die teilweise sehr komplexen Betriebsweisen, die sich aus dem Tagesgang und den Wettereinflüssen bis hin zu Starkregenereignissen ergeben, die wesentlich die Gestaltung der gesamten Abwasserinfrastruktur bestimmen.

? Sie und Ihr Team arbeiten an einem Funktionstest für Abwasserpumpen. Welche Ergebnisse sind hier zu erwarten?

Thamsen: Der Funktionstest für Abwasserpumpen ermittelt die wesentliche Eigenschaft einer Abwasserpumpe: das verstopfungsfreie Fördern von Abwasser. Ein allgemein anwendbarer Funktionstest für Abwasserpumpen existiert bisher noch nicht. Wir haben daher einen solchen Funktionstest entwickelt und schon zahlreiche Pumpen verschiedener Hersteller getestet. Im Kern fördern wir vorgemischtes künstliches Labor-Abwasser, das heißt Klarwasser mit einer bestimmten Anzahl von Vliestüchern durch die zu testende Abwasserpumpe und zeichnen deren Reaktion im Förderverhalten auf. Diese Ergebnisse lassen sich mit den Werten bei Klarwasserförderung vergleichen und liefern wertvolle Hinweise auf das Verstopfungsverhalten.

Das künstliche Labor-Abwasser liefert realitätsnahe Verstopfungsphänomene, bietet den Vorteil unterschiedlich starker Belastungen (leicht, mittel, stark) und lässt sich auf andere Prüfstände übertragen. Hier arbeiten wir mit Anwendern und Tuchherstellern zusammen, um ein geeignetes Labor-Abwasser zu standardisieren.

Andererseits haben wir verschiedene Prüfabläufe definiert, die typische Verstopfungsbelastungen reproduzierbar erzeugen und damit die Veränderungen der Leistungsparameter der Pumpe erkennbar machen. Diese Veränderungen der Leistungsparameter lassen sich relativ gut messen und bewerten. Hier haben wir bereits verschiedene sinnvolle Darstellungen der Funktionalität erarbeitet, um verschiedene Pumpentypen untereinander zu vergleichen. Uns ist es auf diese Weise gelungen, einen realitätsnahen Funktionstest zu entwickeln, der sowohl verschiedene bekannte Verstopfungsphänomene erzeugt, als auch die Bewertung der Funktionalität einer Abwasserpumpe hinsichtlich ihrer Verstopfungseigenschaft gewährleistet.

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? Welche Parameter werden Sie noch untersuchen?

Thamsen: Aktuell untersuchen wir weitere Einflussparameter wie die Anströmungsbedingungen, die Aufstellungsart, den Größeneinfluss und den Einfluss eines drehzahlvariablen Betriebs der Abwasserpumpen. Auch werden noch eine größere Anzahl weiterer Abwasserpumpen getestet, um eine größere Aussagekraft zu gewährleisten. Hierzu läuft aktuell am Lehrstuhl eine Promotion, um den Funktionstest auf eine sichere, wissenschaftliche Basis zu stellen.

? Wie beurteilen Sie die Akzeptanz eines solchen Funktionstests bei den Herstellern und bei den Betreibern?

Thamsen: Der beschriebene Funktionstest ist neu und benötigt sicherlich eine längere Anlaufzeit, bis dieser von den Beteiligten akzeptiert ist. Zunächst wird ein solcher Test ganz klar von den Betreibern begrüßt, da sich hier erstmals die wichtigste Eigenschaft einer Abwasserpumpe – das verstopfungsfreie Pumpen – objektiv messen und bewerten lässt. Mit Betreibern laufen aktuell Untersuchungen, die so genannten Bad-Actors aus dem Einsatz im Feld über den Funktionstest darzustellen und somit zuvor zu identifizieren. Aber auch Hersteller nutzen den Funktionstest, um gezielt die Entwicklung von verstopfungsfreien Abwasserpumpen voranzutreiben. Einige Hersteller betreiben bereits ähnliche Prüfstände in ihren Unternehmen, wobei wir uns über den Aufbau und die Prüfabläufe entsprechend austauschen. Im weiteren Schritt werden wir diesen Funktionstest in gängige Standards, beispielsweise in das Arbeitsblatt DWA A134, einbringen.

? Als interessantes Zwischenergebnis haben Sie ermittelt, dass Abwasserpumpen deutliche Unterschiede in der Funktionalität aufweisen und diese weitgehend unabhängig vom Laufradtyp sind. Wie ist das zu erklären?

Thamsen: Bisher wurde angenommen, dass eine Freistromradpumpe grundsätzlich die beste Funktionalität aufweist, jedoch dafür einen schlechteren Wirkungsgrad erreicht. Im Gegensatz dazu hat eine Kanalradpumpe einen besseren Wirkungsgrad, neigt aber zu Verstopfungen. Diese gängige Meinung ist nach unseren Ergebnissen, hinsichtlich ihrer Eindeutigkeit, komplett zu überdenken, da wir durchaus Kanalradpumpen gemessen haben, die hinsichtlich ihrer Funktion und Effizienz den Freistromradpumpen deutlich überlegen sind. Diese Ergebnisse sind darauf zurückzuführen, dass die Hersteller ihre Abwasserpumpen vorwiegend hinsichtlich der Verstopfungsfreiheit weiter verbessern. Insgesamt können wir darum festhalten, dass die Funktionalität nicht direkt mit dem Laufradtyp zusammenhängt, sondern sich die Leistungsfähigkeit aus dem Zusammenspiel zahlreicher Parameter der Laufrad- und Gehäusegestaltung der Abwasserpumpe ergibt.

? Bei einer Abwasserpumpe ist es essenziell, die Gefahr des Verstopfens so gering wie möglich zu halten. Die missbräuchliche Entsorgung von Feuchttüchern über die WC-Anlage beschäftigt ja selbst die Boulevard-Medien. Sehen Sie technische Lösungen?

Thamsen: Ja, die Verwendung von Feuchttüchern hat rapide zugenommen und führt zu starken Betriebsproblemen in den Abwasserpumpen, Rechenanlagen und weiteren Elementen im Abwassersystem. Die Entsorger müssen täglich mehrere Tonnen Vliestücher und andere textilartigen Produkte über die Rechenanlagen vom Abwasser trennen und entsorgen. Dies führt zu erheblichen Mehrkosten bei der Abwasserentsorgung.

Die Lösung des Problems liegt zum einen in einer Änderung des Verbrauchsverhaltens, indem nur ‚abwasserfreundliche‘ Toilettenfeuchttücher genutzt werden. Hier müssen eine klare Identifizierung – gegebenenfalls Kennzeichnung – solcher geeigneter Produkte erreicht und die Verbraucher durch entsprechende Kampagnen informiert werden. Andererseits ist hierfür natürlich auch der Funktionstest der Abwasserpumpen geeignet, um ‚abwasserfreundliche‘ Feuchttücher zu definieren, da dieser ja eine entsprechende Pumpbarkeit bescheinigen kann. Darüber hinaus sind natürlich noch weitere Tests erforderlich, beispielsweise die Selbst-Zerlegung des Feuchttuches oder auch die biologische Verträglichkeit.

Herr Prof. Thamsen, vielen Dank für das Gespräch.

Event-Tipp der Redaktion Das 17. Pumpen-Forum findet auch 2019 wieder im Rahmen der Förderprozessforen statt. Weitere Informationen zur Veranstaltung finden Sie auf unserer Eventseite. Unsere Bildergalerie zur letztjährigen Veranstaltung zeigt die Referenten des 16. Pumpen-Forums mit ihren Themenschwerpunkten.

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