Erst das Feuer – dann der Rohrbruch !?
Zusammenarbeit zwischen den Wasserversorgern und der Feuerwehr
Wie sieht die Praxis bei der Löschwasserversorgung aus dem Trinkwassernetz aus 
Dem Verfasser war schon anfangs in der Feuerwehr das Problem einer nicht immer optimalen Wasserversorgung bekannt. Dies resultierte nicht immer nur aus der topographischen Lage seines Wohnortes, sondern auch im Verhältnis zwischen Abgabe und Zuführung des Wassers. Im Laufe der Jahre wurde der Autor noch öfters mit dem Problem konfrontiert und dies sowohl in der Freiwilligen Feuerwehr Monschau als auch bei der Berufsfeuerwehr Aachen.
So diskutierte und erörterte man das Problem im Kreise der Freiwilligen Feuerwehr, was den Verfasser bewegte, sich dem Problem anzunehmen mit dem Ziel einer technischen Lösung und einer besseren Zusammenarbeit zwischen den Wasserverbänden und den Feuerwehren. Mit dankeswerter Unterstützung der Stadtwerke Aachen ( STAWAG ) und der Berufsfeuerwehr Aachen möchte der Verfasser die Ergebnisse der Versuche und einer allgemeinen Darstellung über Löschwasserförderung veröffentlichen.
Erwähnenswert ist auch hier nicht nur die ideelle und fachliche Unterstützung seitens der Freiwilligen Feuerwehr Monschau, sondern auch das hohe Engagement der Löschgruppe bei Tests und Versuchen.
Die Löschwasserförderung aus dem Trinkwassernetz
In bestimmten Situationen kann es zu Problemen bei der Löschwasserförderung durch die Feuerwehr und der zur Verfügung stehenden Wassermenge aus der Sammelwasserversorgung kommen. Einige Feuerwehren haben dies auch als ein altbekanntes und nicht ortsgebundenes Problem erkannt. Die Ursache liegt in der Differenz zwischen Leistungsfähigkeit der Sammelwasserversorgung und der Volumenabgabe durch die Feuerwehr.
Worum geht es hier genau?
Die Trinkwasserversorgung unterliegt täglichen Schwankungen, die durch Spitzenlastbereiche ( siehe Abb.1 / 2: Tagesgang eines Wasserversorgungsunternehmen ) entstehen. Für die Feuerwehr ist es daher nicht erkennbar, wie viel Wasser ein Hydrant tatsächlich liefert. Die allgemeingültige Grobberechnung über das Leistungsvermögen des Hydranten ist von dieser Seite her nur bedingt anwendbar.
Wenn die Feuerwehren bei Einsatz- bzw. Übungslagen mehr Wasser über ihre Feuerlöschkreiselpumpen entnehmen als das Versorgungsnetz hergibt oder die angenommene Wassermenge entnehmen bei gleichzeitigem Spitzenbezug im Trinkwassernetz, kommt es zu Engpässen in der Wasserzuführung zu der Feuerlöschkreiselpumpe. Dies führt dazu, dass die Wassersäule bei dargestellten Szenarien zwischen Standrohr und Feuerlöschkreiselpumpe abreißt. Das wirkt sich in einem Kollabieren der Zubringerschläuche aus. Die damit verbundene schlagartige Mengenveränderung des Wasserstromes in dem geschlossenen System führt zu Irritationen im Rohrleitungsnetz. 
Jede Mengenveränderung hat immer Auswirkungen auf der Druckseite; je schneller diese Mengenveränderung desto größer ist das Resultat auf der Druckseite. ( Jeder Feuerwehrangehörige hat bestimmt schon einmal die Erfahrung gemacht, wenn zwei C-Rohre in Betrieb sind und eines der beiden wird schlagartig geschlossen ). Den Wasserwerken ist diese Tatsache auch bewusst. So benötigen sie ca. 15 Minuten, um z.B. eine 500er Leitung einigermaßen druckstoßfrei zu schließen.
Diese schnellen Mengenveränderungen ( Abriss der saugseitigen Wassersäule oder schnelles Schließen von Absperrorganen, z.B. Kugelhähne ) verursachen Druckstöße. Diese Druckstöße können eine Ursache für Rohrbrüche sein. Rohrbrüche beinhalten immer die Gefahr der Verkeimung des Trinkwassers.
Diese sind im Wasserversorgungsnetz auf jedem Fall zu vermeiden!
Ein gutes ansehnliches Beispiel, was sich im Rohrleitungsnetz abspielt, gibt der tägliche Verkehr auf einer Autobahn. Wenn keine Stauung des Verkehrs vorhanden ist, läuft alles in geordneten Abläufen. Wenn sich jedoch dann der Verkehr staut, läuft nach hinten eine rückwärtslaufende Wellenbewegung. Im Gegensatz zu den Kraftfahrzeugen fehlt dem Wasser jede Möglichkeit zur Bremsung, da sich Wasser nicht komprimieren lässt. Man stelle sich jetzt nur vor, wenn sich die rückwärtslaufende mit der vorwärtslaufenden Welle trifft. Dieser Vorgang geschieht dann nicht nur einmal sondern mehrere Male. Der entstandene Druckstoß kann nur durch Reibungsverlust im Rohrnetz abgebaut werden und durchläuft das Trinkwassernetz mit Schallgeschwindigkeit ( in Wasser 1000m/sec. ! ).

Abb. 1: Tagesgang eines Wasserversorgungsunternehmen

Abb. 2: Tagesgang eines Wasserversorgungsunternehmen
Die Wasserversorgung bei Benutzung mehrerer Standrohre Über Löschwasserförderung und Löschwasserversorgung gibt es viele gute Lehrunterlagen für die Feuerwehr, doch die Problematik des zur Verfügung stehenden Löschwassers und benötigten Löschwassers wurde selten thematisiert. Die Ursachen sind vielfältiger Natur. Zunächst hat der Gesetzgeber den Kommunen über das FSHG einen klaren Auftrag erteilt, für eine angemessene Löschwasserversorgung zu sorgen.
Probleme zwischen dem Wasserversorgungsunternehmen und der Feuerwehr bezüglich Abnahmemengen im Einsatzfall wurden meistens während des Einsatzes geklärt. Eine Nachbesprechung bzw. Aufarbeitung gab es nur in den seltensten Fällen. Dem Autor sind jedoch mehrere Ereignisse aus dem Bereich der Region Aachen bekannt und zählt einige dieser Fälle exemplarisch auf. So war bei einem Großbrand ( Bild 1–10 ) der technische Leiter des betroffenem Wasserwerkes hingegangen und drohte der Feuerwehr nach 4 Stunden mit dem Abschiebern des Trinkwassernetzes, da seine Vorratsspeicher leer zu laufen drohten. Bei einem anderen Großbrand wurde so viel Löschwasser benötigt, so dass hohe Produktionsausfälle in einem benachbartem Unternehmen die Folge waren. Ein weiterer Wasserverband bestätigte dem Verfasser schriftlich, dass im Zuge von Löschwasserentnahmen durch die hiesigen Feuerwehren in seinem Versorgungsgebiet das Rohrleitungsnetz beeinträchtigt wurde. Auch dieser Wasserverband sah die Ursache in Form von Druckstößen, die dann zu Rohrbrüche führten.
Eine weitere Ursache liegt beim Einsatzleiter der Feuerwehr. Ab einem gewissen Schadens- ereignis kann er nicht Rücksicht auf die Löschwasserversorgung nehmen, da wichtigere Aufgaben zuerst abgearbeitet werden müssen und er ja auch zunächst von einer aus- reichenden Wasserversorgung ausgehen kann. Außerdem stehen den Feuerwehren in der Erstphase eines Einsatzes weder Personal und unter Umständen noch Material zur Verfügung ( siehe weiteren Bericht ). So kann man in der Fachpresse immer wieder nachlesen, dass eine ausreichende Wasserversorgung in bestimmten Einsatzlagen erst nach ca. einer Stunde aufgebaut ist.
Die Lehrunterlagen für die Feuerwehr beschäftigen sich hauptsächlich im Bereich der Wasserförderung von der Mitte des Pumpenrades bis zur Abgabestelle. Hier folgt nun die Darstellung der Löschwasserförderung von der Entnahme aus dem Trinkwassernetz bis hin zur Mitte des Pumpenrades der Feuerlöschkreiselpumpe. Dies wurde soweit bekannt bisher nicht überregional thematisiert und beschrieben.
Eine technische Lösung wird weiter unten noch ausführlich dargestellt. Zunächst beschäftigt sich nun der Verfasser mit den Möglichkeiten der Feuerwehr für eine optimalere Arbeitsweise in diesem Bereich.
Wenn man sich der Tatsache über Schwankungsbreiten in der Wasserversorgung bewusst ist, liegt es nahe, das Wasserversorgungsunternehmen ab bestimmten Einsatzlagen zu informieren. Diese Unternehmen haben unter Umständen die Möglichkeit zusätzliches Löschwasser für diesen Einsatzbereich zur Verfügung zu stellen. Dies geschieht durch eine Druckerhöhung bei Pumpen im Rohrleitungsnetz und/oder durch gezielte Abschiebermöglichkeiten bei Wasservorratsbehältern. Bei diesen Behältern ist die Druckerhöhung natürlich nur gemäß den topographischen Gegebenheiten möglich ( z.B. Gefälle Wasserbehälter zum benutzten Hydranten 50 Meter – max. Druck am Hydranten 5 bar ). Dies ist eine gezielte Maßnahme, um Irritationen im Rohrleitungsnetz zu vermeiden.
Die Feuerwehren müssen allerdings auch bedenken, dass nicht jede nachrückende Einheit den für sich günstigsten Hydranten nimmt. Dies gilt vor allem bei Versorgungsleitungen bis 300 mm Durchmesser. Da im Schnitt die Hydranten zwischen 100 und 140 Metern auseinanderliegen, kann man sich schnell vorstellen, welche logistische Leistung gefragt ist, wenn z.B. ein drittes Standrohr in Betrieb gehen soll. Bei einer 100er Leitung entspricht dies nach einer Faustformelrechnung der Feuerwehr ein Wenderohr eines Hubrettungsfahrzeuges und ein B-Rohr ohne Mundstück. Mehr Volumenförderung gibt eine 100er Leitung bei zwei eingesetzten Standrohren nicht her. Hierbei sprechen wir noch von einem Ringleitungssystem. Jetzt kann man sich leicht vorstellen, wenn hier ein Verästelungssystem vorliegen würde. Für die Feuerwehren ist es daher nicht vermeidbar, an einen Hydranten zu gehen, der an der nächsten Ringleitung liegt ( siehe Abb. 3 ). Dabei stellt sich jedoch die Frage, ob dieses mit dem vorhandenen Personal und Material überhaupt möglich ist. Wenn man bedenkt, dass der nächste Hydrant eine Straße weiter ist, müssen mal eben schnell Strecken von 500 Metern und mehr zurückgelegt werden. Selbst der Einsatz eines Schlauchwagens ( Besatzung 1:2 ) kann nur im Bereich des Materials Abhilfe schaffen. Damit sind aber noch nicht die Fragen geklärt, wer nach einer bestimmten Verlegestrecke den Hydranten ( Standrohr ) aufdreht oder bestenfalls, wenn einer am Standrohr bleibt, wie man diesen erreicht ( der 2- Meter Funkkontakt ist begrenzt ). Erwähnenswert ist hier die oft hohe Improvisationsfähigkeit der Feuerwehrleute.
Aus dieser Darstellung des täglichen Einsatzgeschehen bei den Feuerwehren ist es verwunderlich, dass dieser Themenkomplex bis heute so wenig Beachtung gefunden hat. Um so mehr soll dieser Bericht alle Beteiligte auf das Problem der Löschwasserentnahme sensibilisieren.

Abb.3: Darstellung eines Ringleitungsnetzes
Die technische Lösung
Der Verfasser hat sich seit geraumer Zeit nicht nur mit der Problemdarstellung und Schulung einiger Feuerwehrangehöriger beschäftigt, sondern auch intensiv an einer technischen Lösung gearbeitet.
In der technischen Lösung ist es wichtig, den aufbauenden Unterdruck ausgehend von der Feuerlöschkreiselpumpe so schnell wie möglich auszugleichen. Als Lösung werden zwei Arten als Vakuumbrecher angeboten. Die erste und damit auch die preisgünstigere Variante sieht einen Vakuumbrecher auf dem Sammelstück der Feuerwehr vor. Hier wird der aufbauende Unterdruck in dem aus Aluguss bestehenden Pumpengehäuse und Sammelstück vor Erreichen der Zubringerleitung gebrochen und ein Druckausgleich erzielt. Ein Kollabieren der Schläuche ist nicht mehr möglich und eine schnelle Mengenänderung des Wasserstromes wird dadurch vermieden.
Die zweite Variante sieht einen Vakuumbrecher zwischen Pumpenrad und A-Ansaugstutzen der Pumpe vor z.B. anstatt des heutigen Belüftungsventil an der Pumpe, welches zum Druckausgleich der Pumpe bei der Entwässerung dient. An diesen Vakuumbrecher sind allerdings höhere Anforderungen gestellt als an den auf dem Sammelstück. Der Vakuumbrecher auf der Pumpe muss zwischen einem gewünschten Unterdruck ( Wasserentnahme aus offenem Gewässer, Löschwasserbrunnen, etc.) und einem im beschriebenen ungewünschten Unterdruck betrieben werden können. Dies wird durch eine technische Weiterentwicklung der herkömmlichen Vakuumbrecher im Bereich mechanisch, elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder einer Kombination dieser v.g. Möglichkeiten erreicht. Außerdem muss er nach einer Arbeitsstellung im gewünschten Unterdruck- bereich automatisch wieder in seinen ursprünglichen Arbeitsbereich im ungewünschten Unterdruck gehen, damit dem Problem wirksam entgegnet werden kann. Die Auswirkung ist identisch wie bei der ersten Variante.
Beide Varianten sind urheberrechtlich beim Deutschen Patent- und Markenamt geschützt und können über den Verfasser bezogen werden. Ebenfalls bieten beide Varianten Vorteile für die Wasserversorgungsunternehmen und die Feuerwehren.
Durch diese technische Einrichtung werden folgende positive Auswirkungen erreicht
  • - eine Vergleichmäßigung des Wasserstromes und der Wurfweiten zur Brandbekämpfung
  • - eine Vergleichmäßigung des Wasserstromes an der Entnahmestelle und damit Verhinderung von Druckstößen im Trinkwassernetz
  • -Verhinderung von Unterdruck bei der Wasserentnahme
  • -Aufwendige kostenintensive Instandsetzung des Rohrleitungsnetzes wird vermieden
  • - Keine Kavitationskräfte an der Feuerlöschkreiselpumpe
Diese technische Lösung wird von einigen Wasserverbänden wohlwollend gesehen und eine Einführung der ersten Variante steht in Kürze im Versorgungsbereich der Stadtwerke Aachen und der Feuerwehr Aachen bevor.
Ein wichtiger Hinweis sollte an dieser Stelle noch erwähnt werden. Der Vakuumbrecher dient vornehmlich zum Schutz der Rohrleitungsnetze. Er soll nicht wie es bei einigen Feuerwehren üblich aus Personalmangel den Maschinisten kompensieren, um diesen dann für andere Zwecke einzusetzen. Der Maschinist hat nach wie vor die Aufgabe nach Auftreten des geschilderten Vorgangs für einen Eingangsdruck an der Pumpe von 1,5 bar, entsprechend dem DVGW-Arbeitsblatt 405, zu sorgen. Dieser Eingangsdruck von 1,5 bar ist nicht so sehr wichtig für den Pumpenbetrieb sondern für die Wasserversorgungsunternehmen. Bei Unterschreiten des Druckes kann sich im Rohrleitungsnetz eine mangelnde Versorgung der übrigen Verbraucher oder auch ein Unterdruck einstellen.
Die Stadtwerke Aachen (STAWAG) haben die einmalige Finanzierung der Umrüstung der Sammelstücke übernommen. Nicht zuletzt begründete die STAWAG diesen Schritt als Investition in die Zukunft, um Rohrbrüche zu vermeiden. Im Gegenzug zur Finanzierung verpflichtet sich die Feuerwehr Aachen, bei Wasserentnahme aus der Sammelwasserversorgung nur noch Sammelstücke mit Vakuumbrecher einzusetzen. Alle Sammelstücke der Feuerwehr Aachen sind umgerüstet, die Kosten für neue Geräte übernimmt die Feuerwehr. Diesem Bespiel sind mittlerweile auch andere Feuerwehren bzw. Wasserversorgungsunternehmen gefolgt. Einige Feuerwehren haben allerdings die Kosten selbst übernommen, da für diese der Schutz ihrer eingesetzten Kräfte bei Abriss der Wassersäule pumpenabgangsseitig Vorrang hat.
Fazit
Alle Vorgänge, die Druckstöße verursachen, sind auf ein Minimum zu begrenzen. Die Wasserversorgungsunternehmen und die Feuerwehren sollten eine generelle Zusammenarbeit pflegen. Dies wäre auch deshalb wünschenswert, weil die beiden v.g. oft in Trägerschaft der Kommunen liegen und so Kosten gespart werden können. In der Ausbildung der Feuerwehren liegen Potentiale, die es gilt auszubauen. Mit der technischen Lösung des Verfassers werden Rohrbrüche und damit Verkeimung des Trinkwassers kostengünstig vermieden.
Der Verfasser
Herr Jollet ist 1967 geboren und trat 1980 in die Freiwillige Feuerwehr Monschau ein. Seit 1987 ist er bei der Berufsfeuerwehr Aachen beschäftigt und nimmt eine Führungsfunktion im mittleren feuerwehrtechnischen Dienst als Hauptbrandmeister wahr. In der Freiwilligen Feuerwehr übt er das Amt des stellvertretenden Löschgruppenführers aus und ist gleichzeitig Zugführer des Zuges 2.
Der Kontakt zu ihm kann über das Internet unter
jolletapgmbh(<at>)aol.com
oder schriftlich unter der Adresse
Jollet Apparatebau GmbH
Schiffenborn 16, 52156 Monschau
oder telefonisch unter den Nummern
Tel. 02472 – 7772
Mobil 0160 – 3012913
hergestellt werden.

Bild 1: Aufbau der Wasserversorgung
bei einem Großbrand

 

Bild 2: Erste Löschmaßnahmen
und Aufbau weiterer Wasserversorgung

Bild 3: Drucklose Zubringerschläuche

Bild 5: Weitere drucklose Wasserzuführung
zur Pumpe

Bild 4: Ausschnitt 
Druckloser Zubringerschlauch (aus Bild 3)

Bild 9: Abgangsleistung des Wenderohrs
einer Drehleiter

Bild 7: Abgangsleistung an einem Wasserwerfer
 

Bild 6: Ausschnitt dieser drucklosen Zuführung
(aus Bild 5) mit kollabierten Schläuchen
(Eingangsmanometer 0 bar)

Bild 8: Abgangsleistung an einem Wasserwerfer, 
Zerfall des Strahlbildes nach wenigen Metern
 

Bild 10: War die Wasserzuführung ausreichend?
Produktinformation
Sammelstück mit Vakuumbrecher
Sammelstück mit Vakuumbrecher zum Schutz des Trinkwassernetzes
Ein altbekanntes und nicht ortsgebundenes Problem besteht in der Leistungsfähigkeit der Sammelwasserversorgung und der Volumenabgabe durch die Feuerwehr. Bei einer Differenz  führt dies zum Abriss der Wassersäule beim Bezug von Löschwasser aus Hydranten. Daraus ergeben sich Druckstöße, die eine Ursache für Rohrbrüche sein können. Rohrbrüche beinhalten immer die Gefahr einer Verkeimung des Trinkwassers und sind im Wasserversorgungsnetz auf jedem Fall zu vermeiden.
Um die Auswirkungen eines Abrisses der Wassersäule in der Zuführung vom Hydranten zur Feuerlöschkreiselpumpe zu vermeiden, wurde ein Sammelstück mit Vakuumbrecher entwickelt. 
Dieses Produkt hat folgende positive Auswirkungen:
  • Vergleichsmäßigung des Wasserstromes und der Wurfweiten bei der Brandbekämpfung
  • Vergleichsmäßigung des Wasserstromes an der Entnahmestelle und damit Verhinderung von Druckstößen im Trinkwassernetz
  • Verhinderung von Unterdruck bei der Wasserentnahme
  • Aufwändige kostenintensive Instandsetzung des Rohrleitungsnetzes wird vermieden
  • Erhaltung der Löschwasserentnahme durch Vermeidung von Rohrbrüchen
  • Vermeidung von Kavitation an der Feuerlöschkreiselpumpe
Ein entsprechender Beitrag zu diesem neuen Produkt ist im Brandschutz 01/2007 erschienen.
Dieses Produkt ist über das Deutsche Patent- und Markenamt geschützt.
Weitere Informationen unter der homepage: www.vakuumbrecher.de
 
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