Speicherarten

(Erd-)Hochbehälter

Hochbehälter liegen meist in oder an der Flanke von Höhenzügen. Man nutzt ihre topografische Lage zum Versorgungsgebiet für die Druckerzeugung. Sie werden weitgehend in die Landschaft integriert, so dass nur ein Teil des Bedienungshauses sichtbar ist. Die Wasserkammern - der eigentliche Speicher - sind in das Gelände eingegraben, mit Erdreich überdeckt und begrünt.

Wassertürme

Wassertürme werden errichtet, wenn keine ausreichend hohen Geländeerhebungen in der Nähe des Versorgungsgebietes vorhanden sind, oder das Versorgungsgebiet selber auf einem Hochpunkt liegt.

Das Speichervolumen eines Wasserturms wird in zwei Kammern aufgeteilt, die in der Regel konzentrische Kreise bilden. Der Zulauf ist dabei in der zentralen Kammer, die auch die Löschwasserreserve beinhaltet, während die Entnahmeleitungen in der äußeren Kammer liegen. Architektonisch und städtebaulich stellen Wassertürme hohe Anforderungen an die Planer, da sie durch ihre Höhe - die Kammersohle liegt bis zu 30 m über dem Gelände - meist weithin sichtbar sind und das Stadtbild prägen.

Tiefbehälter/Druckbehälter

Tiefbehälter sind die Alternative zu Wassertürmen. Der notwendige Versorgungsdruck wird nicht durch ihre Höhenlage, sondern durch ein angeschlossenes Pumpwerk erzeugt.

Lage zum Versorgungsnetz (geografische Lage)

Die Lage des Wasserspeichers zum Versorgungsnetz beeinflusst die Betriebsweise, die Verweildauer und den hydraulischen Einfluss des Wasserspeichers auf das Versorgungsnetz. Theoretisch kann jede der oben genannten Speicherarten jede Lage zum Versorgungsgebiet einnehmen - entscheidend sind die örtlichen Gegebenheiten.

Durchlaufbehälter

Zeichnung: Wassergewinnung links von einem Berg. Der Behälter liegt am Berg, der Ort (Versorgungsnetz) liegt rechts vom Berg im Tal. Das Wasser läuft durch den Behälter zum Versorgungsnetz. Bild vergrößern Anordnung Durchlaufbehälter / Versorgungsnetz

Durchlaufbehälter liegen zwischen der Wassergewinnungsanlage und dem Versorgungsnetz. Sie haben gegenüber den Zentral- und Gegenbehältern (s.u.) den Vorteil, dass sie eindeutige Druckverhältnisse im Versorgungsgebiet erzeugen und das Versorgungsnetz vor Druckschwankungen schützen, die durch den Betrieb der Wassergewinnungsanlage hervorgerufen werden können. Die Fluktuation des Wasservolumens im Wasserspeicher ist durch die Anordnung zum Netz sichergestellt. Nachteilig sind die, im Vergleich zu Gegenbehältern, geringere Versorgungssicherheit und stärker ausgeprägte Druckunterschiede innerhalb des Versorgungsgebietes.

Gegenbehälter

In der Wasserversorgung spricht man von einem Gegenbehälter, wenn das Versorgungsnetz zwischen der Wassergewinnungsanlage und dem Wasserspeicher liegt. Dies führt dazu, dass ein Versorgungsgebiet mit Gegenbehälter - im Gegensatz zum Durchlaufbehälter - drei Betriebszustände hat, die jeweils für eigene Druckverhältnisse sorgen:

  1. Der Behälter ist fast leer und das Wasserwerk versorgt das Gebiet alleine. Es baut somit auch den Druck im Versorgungsgebiet alleine auf. Es entstehen dadurch größere Druckunterschiede im Netz als in 2.
  2. Der Behälter ist voll und speist zusammen mit dem Wasserwerk Trinkwasser in das Versorgungsgebiet. An Punkten im Netz, die verhältnismäßig weit von Wasserwerk und Wasserspeicher entfernt liegen, sind die Drücke niedriger, als in den Netzbereichen, die nahe am Wasserwerk oder Wasserspeicher liegen. Die Druckunterschiede im Netz sind aber geringer, als in Betriebszustand 1 oder 3.
  3. Der Behälter ist voll und speist ohne Unterstützung des Wasserwerkes Trinkwasser in das Versorgungsgebiet. Die Druckverhältnisse im Versorgungsnetz sind, wie in Betriebszustand 1, im Netz sehr unterschiedlich. Nahe dem Speicher herrscht ein hoher Druck in weiter entfernten Bereichen ist der Druck niedriger.

Der Wechsel zwischen den Betriebszuständen sorgt für Druckschwankungen und Druckstöße, die durch die Versorgungsleitungen aufgenommen werden müssen.

Zeichnung: Wassergewinnung links von einem Ort. Der Behälter liegt am Berg, der Ort (Versorgungsnetz) liegt vor dem Berg im Tal. Wassergewinnung und Behälter liegen, in Bezug auf den Ort, einander gegenüber. Bild vergrößern Anordnung Gegenbehälter / Versorgungsnetz

Der größte Vorteil von Gegenbehältern für das Versorgungsgebiet ist die Versorgung von zwei Seiten, die zu einer erhöhten Versorgungssicherheit führt. Da ein Gegenbehälter in der Regel nur das Wasser aufnimmt, dass nicht im Versorgungsgebiet verbraucht wird, kann das Wasser in verbrauchsarmen Zeiten länger als einen Tag im Speicher verbleiben (Stagnationsgefahr). Es muss daher durch technische Maßnahmen (z.B. Füllen des Speichers in der Nacht) gewährleistet werden, dass sich der Speicherinhalt regelmäßig erneuert.

Zentralbehälter/Schwerpunktbehälter

Zeichnung: Wassergewinnung links von einem Ort. Der Behälter liegt zentral im Ort (Versorgungsnetz) z.B. als Wasserturm. Bild vergrößern Anordnung Zentralbehälter / Versorgungsnetz

Zentralbehälter liegen innerhalb des Versorgungsnetzes. Baulich wird dies meist durch Wassertürme realisiert. Zentralbehälter wirken sich ähnlich wie Gegenbehälter auf den Druck im Versorgungsnetz aus.

Tiefbehälter

Der maximale Wasserspiegel in einem Tiefbehälters liegt unterhalb des Versorgungsgebietes. Daher ist immer eine Druckerhöhungsanlage erforderlich, um den notwendigen Versorgungsdruck im Netz zu erreichen. Die Druckverteilung im Netz ist vergleichbar mit der Druckverteilung eines Zentralbehälters.

Dimensionierung

Zeichnung mit Schnitt durch einen Wasserbehälter mit Aufteilung des Volumens. Schema Aufteilung Behältervolumen. Quelle: Krager R., Cord-Landwehr K.; Hoffmann F. 2005 Wasserversorgung; 12. vollst. überarb. Auflage 2005, B. G. Teubner Verlag.

Das Volumen - der Speicherinhalt - eines Wasserspeichers setzt sich zusammen aus:

  1. Fluktuierendes Volumen (etwa 70 - 80%),
  2. Betriebsreserve (etwa 10 - 20%),
  3. Löschwasserreserve (0 - 20%) und
  4. nicht nutzbares Volumen (< 3%).

Fluktuierendes Volumen

Das fluktuierende Volumen ist der Schwankungsbereich der Behälterfüllung. Für die Bemessung stehen gem. DVGW Merkblatt 300 zwei grundsätzliche Verfahren zur Verfügung:

  1. Vergleich der Gewinnung und des Verbrauches - grafisch oder rechnerisch - sofern bereits Daten vorliegen oder
  2. Basierend auf den Informationen der Gemeinde und den Wasserbedarfszahlen in DVGW Merkblatt 410

Der DVGW nennt für Speicher bis 2.000 m3 den höchsten Tagesbedarf zuzüglich eines Spitzenfaktors und bei großen Speichern (Volumen > 4.000 m3) 30 - 80% der Tageswassermenge als Richtwert für die Behältergröße. Diese Werte gelten nicht für Speicher der Fernwasserversorgung und/oder Wassertürme.

Löschwasserreserve

Die Bestimmung der Löschwasserreserve hängt in erster Linie vom Charakter des Einzugsgebietes (Nutzung - Wohngebiet, Industriegebiet), Art der Bebauung (Einfamilienhäuser, Hochhäuser), Gefahr der Brandausbreitung (Neubauten, Fachwerkhäuser) und dem fluktuierenden Volumen ab. Der quantitative Einfluss der Löschwasserreserve auf das Behältervolumen ist aber nur bei kleinen Wasserspeichern bemerkbar. Bei Tageswassermengen ab 2.000 m3/d ist sie gemäß DVGW-Arbeitsblatt W 300 nicht mehr erforderlich.

Betriebsreserve

Die Betriebsreserve macht zwischen 10% und 20% des Speichervolumens aus. Sie dient zur Überbrückung eines möglichen Ausfalls der Wasserversorgungsanlage, oder um unerwartete Verbrauchspitzen abzudecken.

Behälterbau/-sanierung

Die meisten Wasserbehälter bestehen aus Beton. Es können auch andere Materialien wie Edelstahl, emaillebeschichtete Eisenwerkstoffe, Aluminium oder Kunststoff unter bestimmten Randbedingungen sinnvoll Verwendung finden. Untersuchungen durch das ehemalige LfW und den DVGW im Jahre 1996 haben gezeigt, dass aus Beton hergestellte Wasserkammern tendenziell seltener Schäden aufweisen als Wasserkammern aus anderen Werkstoffen.

Ein Wasserspeicher ist - wie jede technische Anlage - einem gewissen Alterungsprozess unterworfen. Dies bedeutet, dass sich die Oberflächen der Wasserkammern aufrauen. Hier besteht die Gefahr einer Besiedlung durch Mikroorganismen, wodurch der Pflege- und Reinigungsaufwand zunimmt. Die bayerische Erhebung über die Trinkwasserbehälter aus dem Jahre 1996 - wie auch die bundesweite Erhebung des DVGW - ergab, dass Verfärbungen (braune Flecken), Abplatzungen und Aufweichungen die häufigsten Probleme bei den benetzten Flächen (Wände, Sohle) der Wasserspeicher darstellen. Nahezu unbeeinflusst sind im Allgemeinen die Decken der Wasserkammern.

Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten zur Sanierung der Behälter, mit dem Ziel, die Dichtheit und Oberflächenstruktur der Wasserkammern (Wände und Sohle) wiederherzustellen. Für die Sanierungsverfahren:

  • Beschichten,
  • Verputzen und
  • Auskleiden

sind die DVGW-Merkblätter W 300 und W 312 zu berücksichtigen. Diese Verfahren haben aber meist keinen Einfluss auf die statischen Eigenschaften des Behälters.