Brunnenleistung zu gering

Brunnenleistung zu niedrig

Hallo liebe Forengemeinde.

Ich habe für meine Beregnungsanlage im Garten einen neuen Brunnen gebohrt/geteuft, um einen alten verrockten Rammfilterbrunnen zu ersetzen.

Allerdings stehe ich jetzt vor einem Riesenproblem, das ich hoffentlich mit Eurer Hilfe mit einem geringsmöglichen Aufwand irgendwie doch noch zufriedenstellend lösen kann.

Vorbenerkung: Ich weiß zwar, es kommt nachfolgend viel Text, aber ich möchte die Anzahl der Nachfragen einfach nur reduzieren und möglichst viele Fragestellungen im Vorwege klären. Das spart insgesamt mehr Zeit, als das durchlesen des Textes kostet ;-))

Die Brunnendaten sind:

Brunnenrohr: 12m DN115, davon 3m Filterrohr, SW 0,3mm und 0,5m Sumpfrohr.

Grundwasserspiegel liegt bei 2,70 Metern.

Ich habe während des Bohrens, und auch während des Abteufens, alle paar Meter eine Bodenprobe entnommen.

Für die Bestimmung der Korngrößen, oder besser für das Verhältnis der unterschiedlichen Größen zur Gesamtprobe, habe ich mir bei Ebay 4 Laborsiebe bestellt, die mit 11,-€ /Stck sogar relativ günstig waren. Die Siebe haben die Maschenweiten 0,9mm, 0,45mm, 0,3mm und 0,097mm. Es gibt noch andere Maschenweiten, aber ich denke, für den Brunnenbau reichen diese Größen völlig aus.

Auf den ersten 3 Metern hatte ich schon eine recht feinkörnige gelbliche Kies-Sand-Mischung, mit einem hohen Anteil an Körnungen < 0,3 mm. Daraufhin habe ich die kleinstmögliche Schlitzweite von 0,3 mm für die Filterstrecke bemessen und die Strecke von ursprünglich vorgesehenen 2m auf 3m verlängert, in der Hoffnung, dass der Kies weiter unten schon etwas grobkörniger werden würde.

Die Bodenprobe bei 6m sah recht vielversprechend aus. Grobkörniger Kies, sogar mit ein paar kleinen Steinchen versetzt, für den die Filterstrecke gut dimensioniert wäre.

Ab 7,5m bis zur Endtiefe kam dann jedoch nur noch feinstkörniger grauer Sand, wovon der größte Anteil eine Körnung kleiner als 0,3 mm aufweist.

Nachdem das komplette Rohr abgeteuft war, habe ich meine neue Tiefbrunnenpumpe von IBO-Dambat reingehängt, die neben einer guten Pumpenleistung auch eine sehr hohe Sandverträglichkeit aufweist, um den Brunnen klar zu spülen. Der Ansaugstutzen der Pumpe hängt bei ca. 6,5m mit hinreichend Abstand zum GWS bei 2,7m und zur Filterstrecke bei 9m.

Pumpendaten: IBO-Dambat Typ 3,5" SDM 3/11,

Max Förderhöhe = 63 m ==> Max 6,3 bar Druck am Pumpenausgang ==> ca. 5,6 Bar am Brunnenausgang

Max Förderleistung = 105 l/min am Pumpenausgang und noch ca , 102 l/min lt. Kennlinie in 6,5m Höhe.

Max Wirkleistung 800W, Max Strom 5,5 A (Macht bei 230 Volt eine Scheinleistung von 1265 VA)

Neben der reinen Spülung, wollte ich auch gleich noch überschlägig die Brunnen- und Pumpenleistung ermitteln. Deshalb habe ich den Brunnen erstmal unten noch offen gelassen, falls die Messungen ergeben sollten, dass ich am Brunnen noch etwas verändern muss.

Beim ersten Pumpversuch hat die Pumpe ordentlich versandetes Wasser hochgepumpt. Jedoch ließ der Wasserfluss schon nach unter 1 Minute extrem nach, so dass ich dachte, war wohl doch zuviel Sand für die Pumpe. Diese war jedoch vollkommen in Ordnung. Der Grund war, dass der Wasserspiegel im Rohr während des Pumpvorganges extrem schnell abgefallen ist. Bis hinunter zur Ansaugöffnung der Pumpe. Es war schlicht einfach kein Wasser mehr da, was die Pumpe hochfördern könnte. Mit so einer schlechten Brunnenleistung hatte ich nicht gerechnet.

Ich habe daraufhin ein langes Maßband mit einem kleinen Gewicht und einem kleinen Schwimmer versehen, um den Wasserspiegel im Rohr live messen zu können. Die Methode ist natürlich nicht sehr genau. Aber für eine grobe Abschätzung sollte es reichen.

Zur Berechnung der Fördermengen anhand der Förderhöhen wurde die Querschnittsfläche des DN115 Rohres in m², mit 0,04155 m² berechnet, so dass diese einfach mit der Förderhöhe multipliziert werden kann, um das geförderte Volumen zu ermitteln. Mit der dafür benötigten Zeit lässt sich dann die Pumpen- bzw. Brunnenleistung ermitteln.

In 3 Versuchen wurden folgende Werte ermittelt:

*1) Verfälschtes Ergebnis wegen fehlendem Rücklaufventil

Die maximal mögliche Pumpzeit war um die 40 Sekunden. Danach war die Wassersäule im Rohr bis an die Ansaugöffnung der Pumpe abgesenkt. Danach habe ich abgewartet, bis der alte Pegel wieder erreicht war und zwischendurch die Zeiten gemessen. Gewundert hatte ich mich zuerst über den nichlinearen Verlauf des Rücklaufes. Am Anfang recht schnell und dann immer langsamer. Der Grund war, dass ich für den Versuch noch kein Rückschlagventil eingebaut hatte. Daher kann der erste Wert der Brunnenleistung für die Auswertung ignoriert werden. Zwar wird die Brunnenleistung durch das fehlende Rücklaufventil insgesamt höher ausfallen, aber für die grobe Abschätzung kann diese Ungenauigkeit toleriert werden.

Im Mittel ergeben sich für die Pumpenleistung knapp 100 l/min und für die Brunnenleistung ca. 10 l/min

Der Brunnen ist somit ca.10x langsamer als die Pumpe, um den alten Wasserstand wieder aufzufüllen.

Bevor ich mir also irgendwelche Gedanken darüber mache, wie ich den Feinsand rausfiltere, muss ich das Brunnenleistungsproblem lösen.

Bei einem solch feinsandigen Boden fließt das Grundwasser schon mal grundsätzlich langsamer, als in gröbkörnigeren Böden.

Hinzu kommt, dass die 0,3 mm Schlitzweite der Filterstrecke den Zufluss ebenfalls ausbremst, selbst bei einer Gesamtlänge von 3 Metern.

Wenn jetzt noch zusätzliche Feinfilter für den Feinsand eingesetzt werden, wird die Brunnenleistung noch geringer.

Ich habe folgende Überlegungen angestellt:

Lösung 1. Gesamtes Rohr ziehen. Anschließend ein Mantelrohr einteufen. Da ein wirksame Filterkiesschicht mindestens 4cm dick sein sollte, müsste der Durchmesser des Mantelrohres mindestens 8cm größer sein, als das DN115er. Also käme als nächstmögliche Größe nur DN 200 in Frage. Die DN115 Filterstrecke könnte man dann mit einer größeren Schlitzweite versehen, z.B 1mm, um den Zufluss in den Brunnen zu erhöhen. Danach das Brunnenrohr zentriert in das Arbeitsrohr reinstellen und den Ringraum mit passender Filterkiesmischung verfüllen.

Nachteilig wären die zusätzlichen hohen Kosten für das Mantelrohr, einschließlich aller dafür passenden Werkzeuge, und der hohe Zeit- und Arbeitsaufwand. Zusätzlich wäre dadurch immer noch nicht sichergestellt, ob die Brunnenleistung danach wirklich ausreichend ist, weil der umgebende Feinsand die Fließgeschwindigkeit des Grundwassers insgesamt ja immer noch ausbremst.

Lösung 2: Gesamtes Brunnenrohr ziehen, auf insgesamt ca 7m kürzen, so dass die Filterstrecke im grobkörnigen Kies liegt und alles ohne Arbeitsrohr wieder neu abteufen.

Wenn aber der Ansaugstutzen der Pumpe mindestens 2m unter dem GWS liegen soll, wäre das bei knapp 5m der Fall. Die andere Bedingung, mindestens 1 m vor der Filterstrecke würde bedeuten, dass ich nur noch 1m von den 3m der Filterstrecke nutzen könnte. Das würde vielleicht das Feinsandfilterproblem lösen, aber sicher nicht die Brunnenleistung merklich erhöhen, wenn plötzlich 2m Filterstrecke fehlen. In dieser Variante würde ich die 0,3mm Schlitzweite unverändert lassen.

Lösung 3: Einfach noch tiefer bohren, um genug Speichervolumen durch die schiere Länge des Brunnenrohres zu schaffen und/oder mit Glück doch noch eine Schicht mit gröberem Kies zu finden

Problem ist hier, dass ich in unserer Gemeinde nur maximal 10 m tief genehmigungsfrei bohren darf. Darüber hinaus benötige ich eine Genehmigung und bin obendrein verpflichtet, eine zertifizierte Brunnenbaufirma zu beauftragen. Abgesehen von den hohen zusätzlichen Kosten für die Firma, gibt es noch das Problem, dass fast alle Brunnenbauer von kleinen Garten-Kunden wie uns, momentan keine Aufträge mehr annehmen, weil sie voll ausgelastet sind. Außerdem kämen sie mit ihrer schweren und großen Ausrüstung einfach nicht auf mein Grundstück, da es rundherum zugebaut ist.

Lösung 4: Die Lösung 2 realisieren und mein altes Hauswasserwerk mit Saugschlauch reaktivieren, welches nicht die Leistung der neuen Pumpe aufweist, in der Hoffnung, dass sich hierbei die beiden Leistungen von Brunnen und Pumpe einigermaßen decken.

Problem: Zurück in die Steinzeit? Das möchte ich eigentlich nicht. Dann hätte ich doch gleich mit deutlich weniger Aufwand einfach nur einen neuen Rammfilter setzen können.

Falls alle Maßnahmen nicht reichen, um die Brunnenleistung merklich zu erhöhen, könnte man immer noch die Pumpe nur kurzzeitig laufen lassen und einen ausreichend groß dimensionierten Wasserspeicher (Druckkessel, Zisterne o.ä.) füllen, aus dem dann die eigentliche Entnahme vorgenommen wird. Dazu müsste dann eine Steuerung entwickelt werden, welche die Pumpe nicht nur druckabhängig, sondern auch wasserstandabhängig ein- oder ausschaltet, bis der Speicher voll ist. Einen Druckkessel werde ich sowieso brauchen, weil ich einen elektronischen Inverter-Druckschalter einsetzen will, der eigentlich nur einen kleinen Druckkessel braucht. Den Kessel würde ich einfach etwas größer dimensionieren, so zwischen 100 und 200 Litern.

Nun habe ich ja schon einige Lösungansätze selbst konstruiert. Vielleicht bin ich aber auch schon so "betriebsblind", dass ich vielleicht eine andere, viel einfachere Möglichkeit übersehe? Vielleicht ist der Brunnen an der jetzigen Stelle aber auch einfach nicht zu retten, weil der Wasserleiter im Erdreich einfach zu schlecht ist.

Habt Ihr vielleicht noch andere Tipps für mich auf Lager? Ich wäre sehr,sehr dankbar, wenn ich nicht auf Lösung 4 zurückgreifen müsste;-)

Viele Grüße

Siegfried

Vielen Dank kg49, für die superschnelle Antwort.

Viel Text, ja. Aber ich dachte auch daran, dass es auch für zukünftige Brunnenbauer interessant sein könnte, wenn sie auf das gleiche Problem stoßen, wie ich. Ich habe das Forum vorher auch nach einem Thema über eine zu geringe Brunnenleistung durchsucht, aber nix Brauchbares dazu gefunden,

Das ist ein sehr interessanter Lösungsvorschlag, zu dem ich gleich ein paar neue Fragen habe.

1. Wenn ich das Wasser bei dieser Konstellation auch aus dem Sumpfrohr ziehen kann, macht es eventuell Sinn, das Sumpfrohr mit den bereits vorhandenen Vollrohren einfach viel länger zu machen als üblich, um dadurch mehr Speichervolumen für den Brunnen zu haben? Wenn ich den Filter bei 6m setze, hätte ich noch 4 m Vollrohr übrig, die ich als Sumpfrohr setzen könnte. Damit hätte ich dann einen zusätzlichen Wasserspeicher von knapp 170 Litern im Rohr, wenn ich die Pumpe bis zum Ende absenke. Das wäre dann quasi ein auf den Kopf gestellter Brunnen.

Oder mache ich da einen Denkfehler?

2. Wie groß muss oder darf der Zwischenraum zwischen Pumpe und Kühlmantel sein? Ich habe eine 3,5" Pumpe mit 89mm Durchmesser. Der Ansaugstutzen befindet sich in der Mitte der Pumpe (s. Datenblatt). Ein DN90 HT-Rohr würde stramm darüber passen. Ich hatte mir dieses Rohrstück schon im Vorwege besorgt, um es als zusätzliches Filterrohr über die Pumpe zu schieben. Das Rohr wollte ich größzügig mit Löchern perforieren und einen 0,14 Filterstrumpf rüberziehen. Würde das als Kühlmantel reichen?

3. Wie verhält sich das Bohrloch nach dem ziehen der Rohrtour. Wahrscheinlich fällt es in sich zusammen. Wenn man das neu konfigurierte Rohr aber zügig neu abteuft, hat man es dann eventuell wesentlich leichter, weil der Boden im Bohrloch vielleicht noch nicht so stark verdichtet ist?

Danke für die Antworten.

Quote from kg49

Na, das Forenarchiv ist voll davon. Beim Lesen dieser Beiträge hätte Dir auch auffallen müssen, dass das Foto eines Häufchen Sandes keinerlei Aussagekraft hat, sondern immer empfohlen wird, ungesiebten getrockneten Sand auf mm-Papier zu streuseln.

Ich gebe zu, ich habe nicht stundenlang gesucht. Was ich gefunden hatte, entsprach nicht meinem Problem und obendrein waren viele Threads von den Threaderstellern einfach nicht bis zu einer Lösung zuendegeführt worden.

Die Idee mit den Sieben hatte ich schon, bevor ich Euer Forum kennengelernt habe. Mir ging es bei der Bestimmung nicht darum, jede Korngröße einzeln zu ermitteln. Ich wollte nur wissen, in welchem Verhältnis die Mengen einer bestimmten Korngrößengruppe zur Gesamtmenge stehen. Wenn ich sehe, dass ca. 80% der untersuchten Probe durch die 0,3er und 0,097er Siebe rutschen und nur ein ganz geringer Teil im 0,9er oder 0,45er hängenbleibt, dann ist das für mich viel aussagekräftiger, als eine Handvoll Sand/Kies auf Millimeterpapier. Aber das ist wohl Ansichtssache .

Quote from kg49

Sie sollte schon einen Abstand zum Boden haben.

Danke für den Hinweis, aber ich hatte nicht vor, bis auf den Boden zu gehen. Die übliche Sumpfrohrlänge wollte ich schon mindestens einhalten. Ich werde vorher aber auch mit der Höhe auch ein bisschen experimentieren, um die beste Endposition zu finden.

Quote from kg49

Na, so zwischen 5 - 10mm und der Kühlmantel darf auf keinen Fall gelocht sein!

Die Pumpe hat einen Durchmesser von 89mm. Bei einem Abstand von 5-10mm müsste ich ein Kühlmantel zwischen 100 und 110 mm drüberschieben. Macht das innerhalb eines 115er Brunnenrohres überhaupt noch Sinn? Der Hersteller schreibt einen Kühlmantel vor, wenn die Pumpe in einem größeren Rohr hängt und eine bestimmte durchschnittliche Förderleistung pro Stunde erbringen muss.

Demnach müsste ich bei meinem Brunnenrohr DN115 erst einen Kühlmantel einsetzen, wenn ich mehr als 5m³/h fördere. Das ist mit der schlechten Brunnenleistung schon mal gar nicht möglich. Ich werde allein aus dem Grund schon mehrere Pausen einlegen müssen, bis der Brunnen wieder voll ist.

Du hast den Kühlmantel aber im Zusammenhang mit der Wasserentnahme im Sumpfrohr unterhalb des Filters erwähnt. Hat das irgendwas mit veränderten Strömungsverhältnissen zu tun?

Das lochen hatte ich eigentlich nur vor, als ich noch plante, notfalls ein zusätzliches Feinfilterrohr über die Pumpe zu schieben. An einen Kühlmantel hatte ich dabei nicht gedacht.

Mit größeren Steinen hatte ich schon während der ersten Bohrung kein Problem. Es scheinen einfach keine da zu sein. Dann hoffe ich mal das Beste.

Danke noch nochmal für deine wertvollen Tipps

Gruß

Siggi3001

Golfi90 die Strategie, eine neue Pumpe erst einmal kaputt zu fahren, um sich anschließend eine Neue mit Ansaugung unten zu kaufen, kann ich leider nicht teilen. Dann entscheide ich mich lieber dazu, die Pumpe gleich so umzubauen, dass sie etwas länger hält. Trotzdem danke für deine anderen Tipps.

kg49 Auf Deine Empfehlung hin, habe ich mich über das Thema Kühlung schlau gemacht und auch mal meine Erinnerungen an die Gesetze der Thermodynamik aus meinem damaligen Physikunterricht hervorgeholt .

Es ist schon erstaunlich, wie man beim Brunnenbau "manchmal um die Ecke" denken muss. Bei Pumpen, wie meiner, wo sich die Ansaugöffnung in der Mitte, zwischen Motor und dem mechanischen Teil mit den Pumpstufen befindet, hängt der untere Teil mit dem Motor unterhalb der Filterstrecke ja praktisch in stehendem Wasser. Die Abwärme kann dann lediglich über Konvektion an das Wasser abgegeben werden und wird nicht über vorbeifliessendes Wasser sofort abgeführt. Der Ausgleich eines Temperaturgefälles durch Konvektion findet umso schneller statt, je höher die Temperaturdifferenz ist. Beispiel: Ein heisser Kaffee kühlt anfangs schneller ab, als ein lauwarmer. Da das Temperaturgefälle zwischen dem anfangs nur leicht erwärmten Wasser am Motor und dem restlichen, kühleren Wasser in der Umgebung nicht sehr hoch ist, findet ein Ausgleich viel langsamer statt, als wenn vorbeifliessendes Wasser die Wärme sofort abführt. Bei hoher Last der Pumpe wird die Wärme dadurch nicht schnell genug abgeführt und der Motor wird immer wärmer. Zwar geht durch den Temperaturanstieg am Motor auch die Konvektion schneller vonstatten, jedoch nicht schnell genug, um ein weiteres Ansteigen zu verhindern.

Durch den nach oben abgedichteten Kühlmantel wird die Ansaugung von der Mitte an das untere Ende umgeleitet und es fließt wieder stetig Wasser am Motor vorbei.

Soweit habe ich es verstanden. Hast du auch einen Tipp, wie ich den Kühlmantel oben zuverlässig abgedichtet bekomme und obendrein sicher befestigen kann? Aus der Ansaugöffnung kommt auch leider das Kabel raus, das mit einem Kabelkanal aus Edelstahl nach oben geführt wird. Ein einfacher Dichtring wird da nicht helfen.

Noch eine Frage zum schlechten Wasserleiter an der Stelle, wo ich gebohrt habe, bevor ich mich endgültig mit der bereits erarbeiteten Kompromisslösung abfinde. Mein Gartengrundstück hinter dem Haus ist ca. 250 qm groß. Wie hoch ist nach Deinen Erfahrungen die Wahrscheinlichkeit, dass der Wasserleiter innerhalb dieser Fläche an anderer Stelle besser ist und wie finde ich es heraus, ohne massig Probebohrungen machen zu müssen? Wünschelrutengängern stehe ich tendenziell skeptisch gegenüber.

Entschuldige, wenn meine Antwort auf Deinen letzten Post vielleicht etwas schnippisch rüberkam. Das war nicht beabsichtigt. Um meine Antwort zu begründen, muss ich etwas weiter ausholen.

Die Pumpe habe ich vielleicht mit etwas Blauäugigkeit im Vertrauen auf eine ausreichende Brunnenkapazität vorher gekauft und, weil sie gerade im Angebot war (148,-€) und weil ich Wert auf die enorme Sandfestigkeit gelegt habe. Anderseits, wie hätte ich die Ergiebigkeit des Brunnens ohne Pumpe überhaupt feststellen sollen? Da beißt sich die Katze doch in den Schwanz.

Ich habe aber bezüglich der Pumpendimensionierung auch etwas weiter gedacht und mir einen Inverterdruckschalter zusätzlich besorgt. Der ist hier im Forum anscheinend nicht sehr beliebt, aber das mag daran liegen, dass seine Funktionsweise "Nicht-Elektrofachleuten" nicht so geläufig ist. Der kann nämlich bei geringer Wasserentnahme die Drehzahl der Pumpe per Frequenzumrichter (das ist kein Wechselrichter, wie es hier vielfach fälschlicherweise genannt wird) regeln. Dadurch wird der Druck im System annähernd konstant gehalten, egal, wieviel Wasser gerade entnommen wird. Außerdem wird dadurch wirklich Energie gespart, was auch häufig fälschlicherweise gegenteilig behauptet wird. Ein anderer Vorteil ist, dass die Pumpe durch den Inverter immer sanft gestartet und abgeschaltet wird und nicht schlagartig, an und aus, wie bei den üblichen Druckschaltern. Das vermeidet plötzliche Druckstöße im System und schont obendrein den Motor.

Die Drehzahl eines Wechselstrommotors hängt neben der Bauart im wesentlichen von der Netzfrequenz ab. Genau hier setzt ein Frequenzumrichter an, indem er die Netzfrequenz von 50 Hz herunterregelt. Je höher die Frequenz, desto schneller dreht der Motor und umso mehr Leistung hat er und umgekehrt. Und, Leistung x Zeit = Arbeit = Energie. Das bedeutet, weniger Leistung innerhalb einer gewissen Zeit bedeutet auch weniger Energieverbrauch.

Wenn ich also zwischen der Druckleitung der Pumpe und dem Einspeisepunkt in die Anlage ein Kugelhahn o.ä. zwischenbaue, kann ich die Fördermenge, sprich Leistung schon mal im Vorwege fest drosseln und der Druckschalter wird entsprechend der Wasserentnahmemenge die Drehzahl der Pumpe relativ verlustfrei abregeln.

Insofern spielt die auf den ersten Blick offenkundige Überdimensionierung der Pumpe gar keine Rolle. Im Gegenteil, in dieser Betriebsart wird die Lebendauer der Pumpe signifikant erhöht, weil sie eben nicht immer mit voller Leistung arbeiten muss, wie im digitalem An-Aus-Betrieb.

Daher möchte ich die Pumpe eigentlich nicht in dem von Dir vorgeschlagenem Sinne einfach so opfern, sondern baue sie lieber entsprechend um.

Wenn ich mit der Anlage fertig bin, poste ich gerne mal ein Video um die Arbeitsweise des Systems zu veranschaulichen.

Gruß

Siggi3001