Den richtigen Schritt in die Zukunft: Durch eine Überarbeitung und eine nachträglich aufgebrachte Beschichtung kann der Wirkungsgrad von Polderpumpen deutlich gesteigert werden. Der Horizontalfilterbrunnen Siebensee der Stadtwerke Landshut ist ein gutes Beispiel dafür.

Besonders in Deutschland sind wir daran gewöhnt, dass Wasser jederzeit in hoher Qualität und beliebiger Menge verfügbar ist. Aber die Ressource Wasser gerät zunehmend unter Druck. Eine Ursache dafür ist der Klimawandel. Die Sommer werden heißer und trockener. Der Ruhewasserspiegel sinkt. Gleichzeitig wird Starkregen häufiger, Schnee seltener. Städte, Wasserspeicher, aber auch die Wasserversorgung müssen an die veränderten Bedingungen angepasst werden. Es ist an der Zeit, dass Kommunen eine Strategie entwickeln, wie sie die Herausforderungen der nächsten Jahrzehnte bewältigen können.

Woher stammt das Landshuter Trinkwasser?

Mehr als 4 Millionen Kubikmeter Wasser fließen jährlich durch die Landshuter Wasserhähne. Aus dem Pumpwerk Siebensee wird ein Großteil dieses Trinkwassers gewonnen. Die Anlage besteht aus einem rund 10 Meter tiefen Horizontalfilterbrunnen und drei etwa 20 Meter tiefen Vertikalfilterbrunnen, die das Wasser aus dem oberen Grundwasserstock entnehmen. Am 16. Juni 1950 war der Baubeginn des Brunnens, seit über 71 Jahren liefert der Siebensee den besten Ort zum Anzapfen von gutem, schmackhaftem Wasser.
Es handelt sich um „nachwachsendes, erneuerbares“ Trinkwasser. Aufgrund der geringen Bodenüberdeckung ist dieses Trinkwasser allerdings sensibler als Tiefengrundwasser. Alles, was auf der Oberfläche passiert, kann sich relativ schnell auf die Qualität des Rohwassers niederschlagen.

Horizontalbrunnen mit drei baugleichen Polderpumpen ausgerüstet

Die Landshuter Stadtwerke entschieden sich im Jahr 2007 den Horizontalfilterbrunnen mit drei baugleichen Polderpumpen aus dem Hause Wilo auszurüsten. Man kann sich die Polderpumpe grob als Unterwassermotorpumpe mit nach unten verlegtem Einlauf und oben liegendem Motorteil vorstellen. Die Zuströmung erfolgt über ein Ansaugstück mit Saugsieb und integrierter Antiwirbelplatte.
Daran schließt sich ein einstufiges oder mehrstufiges Pumpenteil an, in diesem Fall ein vierstufiges Aggregat, welches der normalen Unterwassermotorpumpenhydraulik entspricht. In den Jahren 2018 bis 2020 wurden alle drei Polderpumpen einer Generalüberholung unterzogen. Nach 12 bis 13 Jahren hatte sich ein gewisser Verockerungsprozess eingestellt.
Nach diesem Befund konnte man ahnen, dass der Wirkungsgrad der standardbeschichteten Aggregate aus dem Jahr 2007 nicht mehr der Beste war. Bei der Aufbereitung der Maschinen wurden die Spaltringe aus Rotguss auf den rostfreien Werkstoff 1.4581 geändert, um den neuen Richtlinien der Werkstoffe für Trinkwasser gerecht zu werden. Es wurden zwei neue Laufräder eingebaut, neue PT100 gesetzt und vor allem die komplette Pumpenhydraulik mit Ceram-CT beschichtet.

Eine Polderpumpe aus Landshut vor der Neubeschichtung. Quelle: WILO SE

Wirkungsgradsteigerung und Vorbeugen von Verockerung

Was steckt hinter der Ceram-CT-Beschichtung? Konkret folgendes:

• Zweikomponenten-Polymer-Beschichtung mit Aluminiumoxidanteilen, ausgeführt als Langzeitkorrosionsschutz für alle mediumberührten Innen- und Außenflächen
• Lösemittelfreie Beschichtung verarbeitet im Airlessverfahren oder mit Pinselauftrag auf sandgestrahltem Untergrund gemäß DIN EN ISO 12944-4 mit einem Normreinheitsgrad von SA 2,5
• Monolithische, homogene Schicht mit einer Schichtstärke von 200 bis 400 mm je nach Ausführung und einer Haftfestigkeit > 12N/mm² (Nasshaftung)
• Farbe Blau mit Trinkwasserzulassung nach KTW und ACS

Durch die Beschichtung kommt es zu einer Wirkungsgradsteigerung von circa 2 % im Bestpunkt der Maschine, außerdem wirkt diese Beschichtung der Verockerung entgegen.

Tabelle 1: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Pumpe in verschiedenen Zuständen. Aggregat 1: Messung der Maschine nach der Reparatur inklusive der Ceram-CT Beschichtung. Aggregat 2: Messung der Maschine im Neuzustand von 2007 mit Standardbeschichtung. Aggregat 3: Maschine im verockerten Zustand kurz vor der Auslieferung zur Überarbeitung bei Wilo.

Im Durchschnitt investierte der Betreiber einen kleinen fünfstelligen Betrag pro Maschine für die komplette Generalüberholung inklusive des Ein- und Ausbaus. Die eingesparte Leistung zwischen Aggregat 1 (Polderpumpe nach der Reparatur in den Jahren zwischen 2018 und 2020) und Aggregat 3 (Polderpumpe kurz vor dem Ausbau) beziffert sich auf 23.185 kWh. Die komplette Amortisation dieser Pumpenertüchtigung erreicht man in circa 3,2 Jahren.

Um weiterhin täglich die gewünschte Menge aus dem Brunnen Siebensee von durchschnittlich 2.636 m³ pro Maschine zu fördern, mussten die Pumpen, welche ihren Betriebspunkt nicht mehr erfüllten, zuvor länger bei gleichzeitig schlechterem Wirkungsgrad arbeiten. Vergleicht man Aggregat 1 mit Aggregat 2, also die standardbeschichtete Ausführung im Vergleich zur Ceram-CT-beschichteten Ausführung, erkennt man eine Leistungseinsparung von rund 7355 kWh pro Jahr. Die Amortisation der Beschichtung erreicht man nach circa zwei Jahren. Zu beachten ist, dass die Polderpumpen in diesem Beispiel relativ wenige Stunden pro Tag fördern. Würden die Maschinen zwölf Stunden am Tag laufen, wäre die Amortisation bereits nach acht Monaten erreicht.

Beachtung der Norm ISO 50001

Bei den Stadtwerken Landshut standen die Polderpumpen im Horizontalbrunnen Siebensee im zentralen Fokus. Dies war sinnvoll, da diese Maschinen die entscheidenden Aggregate für den Betrieb ihrer Grundwasserversorgung sind. Ihr Wirkungsgrad beeinflusst dabei maßgeblich den Energiebedarf.
Die Norm ISO 50001 hat sich seit ihrer Veröffentlichung im Jahr 2011 als internationaler Standard für Energiemanagementsysteme etabliert. Seit dem 21. Februar 2020 gilt nun die verschärfte Norm DIN EN ISO 50001:2018. Die Stadtwerke Landshut sind zertifiziert und arbeiten nach dieser Norm. Die durchgeführten Maßnahmen zeigen ein erfolgreiches Beispiel dafür – mit dem Ergebnis: Wer im Wassernetz der Stadtwerke Landshut den Hahn aufdreht, kann das kostbare und bezahlbare Nass bedenkenlos trinken.