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:
Messung | Dauer in Sek | Säule in m | Diff | Aktion | Menge in m³ | Menge in Liter | Leistung in l/min | Bemerkung |
1 | 0 | 2,7 | P Start | |||||
48 | 4,4 | -1,7 | P Stop | -0,070 | -70,631 | -88,289 | Pumpenleistung | |
420 | 3,2 | 1,2 | Rücklauf | 0,0499 | 49,857 | 7,122 | Brunnenleistung *1 | |
764 | 2,9 | 0,3 | 0,0125 | 12,464 | 0,979 | Brunnenleistung | ||
2 | 0 | 2,8 | P Start | |||||
30 | 4,0 | -1,2 | P Stop | -0,05 | 49,857 | -99,714 | Pumpenleistung | |
280 | 2,8 | 1,2 | Rücklauf | 0,05 | 49,857 | 10,684 | Brunneleistung *1 | |
3 | 0 | 2,8 | P Start | |||||
40 | 4,4 | -1,6 | P Stop | -0,066 | -66,471 | -99,714 | Pumpenleistung | |
100 | 3,3 | 1,1 | Rücklauf | 0,046 | 45,702 | 27,421 | Brunnenleistung *1 | |
184 | 3,1 | 0,2 | 0,008 | 8,310 | 2,710 | Brunnenleistung | ||
305 | 2,9 | 0,2 | 0,008 | 8,310 | 1,635 | Brunnenleistung |
*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