DE4416038A1

DE4416038A1 - Regenwassernutzungsanlage

Info

Publication number: DE4416038A1
Application number: DE4416038A
Authority: DE
Inventors: Sigmund Birle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-05-06
Filing date: 1994-05-06
Publication date: 1995-11-09

Description

Beschrieben wird eine neuartige Anlage zur Regenwasser nutzung.

Aufgrund steigender Wasserpreise und auch aus ökologischen Gründen gehen immer mehr Menschen dazu über, das kostenlose Regenwasser zu nutzen. In einer solchen Anlage wird das vom Hausdach kommende Wasser gesammelt, und über einen Filter in einen Behälter geleitet. Dieser kann sowohl im Keller aufgestellt, als auch in der Erde eingegraben werden. Über eine Pumpe, die ein zusätzliches Rohrnetz speist, wird dieses Regenwasser z. B. für die Toilettenspülung, die Waschmaschine, zum Bewässern des Gartens oder für sonstige Zwecke benutzt, bei denen kein Wasser mit Trinkwasserquali tät gebraucht wird.

Bleibt der Regen für längere Zeit aus und leert sich der Speicher, so muß dafür gesorgt werden, daß immer ein mini maler Wasserstand gewährleistet ist. Einmal um die Brauch wasserversorgung zu sichern und weiterhin um ein schädliches Trockenlaufen der Förderpumpe zu verhindern. Dies wird über eine Trinkwassernachspeisung geregelt. Regnet es dagegen zu viel, wird das überschüssige Wasser über ein Überlaufrohr, entweder zur Versickerung, oder aber in das Kanalsystem ab geführt. Bei besonderes ungünstigen Höhenverhältnissen, kann es erforderlich sein den Überlauf durch eine Pumpe sicherzu stellen, die beim erreichen des Höchstfüllstandes einge schaltet wird und das überschüssige Regenwasser abpumpt. Man nennt dies eine Hebeanlage.

Die notwendigen Steuerungen der Einlass- und Auslaßpumpen hängen letztlich vom Füllstand des Behälters ab. In den Tank werden daher meist Schwimmerschalter eingebaut, die den minimalen, sowie den maximalen Wasserstand erfassen und den Einlaß und Auslaß von Wasser regeln.

Solche Schwimmerschalter haben keine besonders genauen Schaltschwellen und außerdem sehr große Schalthysteresen. Das heißt der Hub zwischen Ein- und Ausschalten des Schalters ist ziemlich groß. Dies wirkt sich besonders nachteilig bei der Trinkwassernachspeisung aus. Denn geht man von einem Schalterhub von nur 20 cm aus, so werden bei einem Behälterdurchmesser von 2 m über 600 ltr Trinkwasser auf einmal nachgespeist. Kommt es nun nach einer solchen Nach speisung zum Regnen, ist im Gegensatz zu einer geringen Nachspeisung nicht das optimale Fassungsvermögen des Be hälters gewährleistet und es kommt zu einem früheren Über laufen des Behälters, was mit einer Vergeudung des zuviel nachgespeisten Trinkwassers gleichzusetzen ist. Dies beein trächtigt die Amortisation einer solchen Anlage erheblich und kann bei ungünstigen Verhältnissen sogar zu einem Mehr verbrauch anstatt zur Einsparung von Trinkwasser führen. Außerdem kann es für die Wasserqualität im Behälter besser sein, wenn öfter wenig Frischwasser zuläuft, als viel auf einmal und dann lange nichts mehr.

Verschiedene Gefahren können von einem solchen Regenwasser system ausgehen, die herkömmliche Anlagen überhaupt nicht berücksichtigen. Z.B die Dichtheit der Leitung, über die das Trinkwasser nachgespeist wird. Bleibt das Ventil hängen oder es kommt Schmutz ein, wird die Leitung undicht. Wert volles Trinkwasser tropft oder rinnt gar in den Regenwas serbehälter. Bereits ein Eimer Wasser pro Stunde bedeutet dann einen Verlust von 80 cbm pro Jahr. Schlimm ist, daß eine solche Undichtheit für einen Anlagenbetreiber kaum feststellbar ist und er es unter Umständen sehr lange nicht merkt. Auch dadurch kann man schnell mehr Trinkwasser ver brauchen, als einsparen.

Ein noch viel größerer Schaden kann entstehen, wenn der zur Nachspeisung erforderliche offene Trichter verstopft wird. Dann kann das nachgespeiste Wasser nicht in den Behälter fließen, sondern der Trichter überläuft. Keller oder gar Wohnung stehen unter Wasser.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, oben genannte Nachteile zu vermeiden und eine Anlage zur Regen wassernutzung vorzuschlagen, welche wartungsfrei und selbständig arbeitet und das Regenwasser optimal nutzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen den Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Wesentliches Merkmal ist die automatische und periodische Messung des Füllstandes eines Regenwasserspeichers. Diese Messung der Füllhöhe geschieht mit Ultraschall nach dem Echolotprinzip. Da die Messung in periodischen Abständen durchgeführt wird, kann mittels einer Anzeige jederzeit der aktuelle Füllstand des Speichers abgelesen werden. Dies hat den Vorteil, daß man seinen Wasserverbrauch immer unter Kontrolle hat. Ein weiterer Pluspunkt der Echolotmessung ist die völlig berührungslose Messung, wodurch keinerlei Verschleiß des Sensors oder eine Wasserverunreinigung statt findet.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Möglichkeit, durch ständige genaue Messung den Trinkwassernachlauf sowie einen Überlauf des Tanks kontrollieren zu können. Die ge wünschten Wasserstände für Wassernachspeisung sowie Ein schalten eines Überlaufalarms bzw. einer Überlaufpumpe lassen sich individuell stufenlos einstellen.

Auch läßt sich eine Trocklaufschutzschwelle für die Förderpumpe einstellen, für den Fall, daß der Wasserstand doch einmal so tief absinkt, daß die Pumpe in Gefahr gerät. Diese Aufgabe könnte theoretisch auch über den Druckregler der Förderpumpe geregelt werden. Dies hat jedoch den Nach teil, daß dann der Trockenlaufschutz erst schaltet, wenn bereits Luft in das Leitungssystem eingesaugt wurde. Dies sollte bei WC-Spülern und Waschmaschinen vermieden werden.

Besonders zu erwähnen ist auch die ständige Überwachung der Leitung zur Nachspeisung von Trinkwasser. Die Zufuhr von Trinkwasser wird meist über ein Magnetventil gesteuert. Alle Arten von Durchlaßventilen sind aber jahrelangem Verschleiß, Schmutz und Verkalkung ausgesetzt. Wird ein solch es Ventil undicht, rinnt ständig wertvolles Trinkwasser in den Tank, was unbedingt erkannt werden sollte.

Weiter besteht eine vorgeschriebene gesetzliche Trennung zwischen Trink- und Regenwasserkreis. Deshalb wird das Trinkwasser im freien Fall in einen Nachspeisetrichter ge leitet, welcher das Wasser in die weitere Leitung zum Speicher leitet. Wird nun aus irgendeinem Grund der Trichter oder die weitere Leitung vertopft, staut sich das Wasser und läuft über. Auch dies wird durch ständige Kontrolle erkannt.

Insgesamt wird der Trinkwasserzulauf auf folgende Punkte überwacht und kontrolliert:

a) Auf den Trinkwasserzulauf während der Nachspeisung
b) Auf Dichtheit des Nachspeiseventils außerhalb der Nachspeisung.
c) Auf Verstopfung und Rückstau des Nachspeisetrichters

Treten die Fälle a),b) oder c) auf, wird sofort Alarm ausgelöst bzw. eine Kontrollampe leuchtet auf. In Fall c) wird zusätzlich die Nachspeisung blockiert.

Wird während einer Messung kein Echolotsignal empfangen, oder ist der Empfang gestört, wird die Anlage sofort blockiert und Alarm ausgelöst.

Die gesamte Anlage ist in moderner, stromsparender Technik aufgebaut, so daß die jährlichen Betriebskosten für die gesamte Steuerung sehr minimal sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 Das Blockschaltbild des Systems

Fig. 2 Das Zusammenwirken der Anlage im Einsatz.

In Fig. 1 erkennt man die verschiedenen Funktionsblöcke der Regenwassernutzungsanlage. Links oben die Sendeeinheit welche das Sendesignal an den Ultraschallsender weitergibt, sowie den Ultraschallempfänger mit der Empfangseinheit und den notwendigen Gültigkeitsprüfungen des empfangenen Signals Die Füllstandsmessung wird mit einer geringen Sendeleistung begonnen. Kommt kein befriedigendes Signal zurück, bedeutet dies, daß der Wasserspiegel zu weit entfernt ist, um das schwache Sendesignal ausreichend zu reflektieren. Nun schal tet die zweite Sendestufe mit einer höheren Sendeleistung. Wird immer noch kein ausreichendes Signal empfangen, schal tet die dritte Stufe mit der höchsten Sendeleistung. Die stufenweise Erhöhung der Sendeleistung hat den Vorteil, daß das Empfangssignal je nach Wasserstand immer optimal angepaßt wird und unerwünschte Reflexionen, insbesondere die Direktwellen, umgangen werden können. Dadurch wird der große Meßbereich von 5 cm bis 3 m vom Sensor entfernt möglich.

Der ermittelte Füllstand wird von einer Anzeige ständig angezeigt.

Die Zeitabstände in der die Messungen erfolgen, sind in weiten Bereichen mittels eines Meßtaktgebers einstellbar. Vorzugsweise erfolgt alle 2 Minuten eine Messung.

Zu erwähnen ist noch, daß die Ultraschallwandler im Regen wasserspeicher beheizt werden, um sie vor Bildung von Kon denswasser zu schützen und eine einwandfreie Funktion sich erzustellen.

Für den Fall, daß die Sensoren doch einmal mit dem Wasser spiegel in Berührung kommen, sind sie mit einem Fühlerele ment ausgestattet, über das die Steuerung diesen Zustand erkennt. Dann wird der Meßtakt solange unterbrochen, bis der Füllstand wieder unter die Fühlerschwelle abgesunken ist.

Unten in Fig. 1 ist die Kontrolle des Nachspeiseventils gezeigt. Man erkennt die Trinkwasserleitung, die hier mit einem Magnetventil abgeschlossen ist. Zur Trinkwassernach speisung wird das Magnetventil für die eingestellte Dauer geöffnet und das Trinkwasser gelangt über den Übergangs trichter in die Zulaufleitung zum Speicher. Erfindungsgemäß besitzt das System hinter dem Magnetventil eine Über wachungseinheit, welche erkennt, wenn entweder kein Wasser kommt, oder das Nachspeiseventil undicht ist. Genauso wird der Übergangstrichter auf Verstopfung, d. h. Überlauf über wacht. Die Nachspeisungseinheit ist über Kabel mit der Steu erzentrale verbunden. Dort befindet sich die Überwachungs elektronik, die das Zustandssignal von der Nachspeiseeinheit übernimmt, mit dem Sollzustand verknüpft und an die Alarman lage weitergibt. Die Ansteuerung des Magnetventils erfolgt über eine, an der Steuerzentrale fertig angebaute Steckdose.

Des weiteren ist die Überlaufkontrolle zu erkennen, die eben falls mit der Alarmanlage verknüpft ist. Schließlich ist noch die Trockenlaufschutzfunktion mit ihrer frei einstell baren Schaltschwelle zu erkennen. Wie das Magnetventil wird auch die Förderpumpe über eine fertig angebaute Steckdose angesteuert.

Damit entfällt bei diesem System jegliche elektrische In stallationsanforderung.

Fig. 2 zeigt die Anlage im Einsatz. Das Regenwasser wird von der Regenrinne 10 über einen Filter 7 und den Wasser zulauf 4 in den Regenwasserspeicher 1 geleitet. Die Druck förderpumpe 3 für den Regenwasserkreis befindet sich vor zugsweise im Speicher 1, wobei die Pumpe 3 über eine Druck leitung, welche im Schutzrohr 6 zusammen mit den Steuer- und Stromkabeln läuft, den Regenwasserkreis speist. Die Steuer zentrale 9 befindet sich im Haus, wo sich auch die Trink wassernachspeise-Einheit 8 befindet. Die Echolot-Sensorik 2 ist über ein Kabel, das im Schutzrohr 6 läuft, mit der Steuerzentrale 9 verbunden.

Sinkt der Füllstand unter die eingestellte Nachspeiseschwel le, wird die Steckdose, für das Magnetventil über ein verschleißloses Triacrelaise angesteuert und Trinkwasser nach gefüllt. Diese Nachspeiseschwelle ist frei einstellbar. Auch die Nachspeisemenge ist von 1 bis 200 ltr stufenlos regelbar. Ist die eingestellte Menge nachgespeist, mißt das System ersteinmal nach, ob die Menge ausreichte um die Schwelle tatsächlich zu überschreiten. Wenn nein, wird ohne das Magnetventil zu schalten sofort weitergespeist. Dies dient der Schonung des Magnetventils, dem dadurch unnötige Schalt manöver erspart bleiben. Besonders, bei sehr gering einge stellter Nachspeisemenge, oder wenn während der Nachspeise phase Wasser aus dem Speicher entnommen wird.

Ein weiterer frei einstellbarer Pegel bestimmt das völlige Abschalten der Förderpumpe 3, um ein Luftansaugen, oder gar Trockenlaufen zu vermeiden.

Der Überlauf wird normalerweise über ein Überlaufrohr abge führt. Sollte dies nicht möglich sein, besitzt die Steuerung ein eine weitere frei einstellbare Schaltschwelle, über die dann eine Pumpe angesteuert werden kann, um das überschüs sige Wasser abzupumpen. Diese Schwelle kann aber auch zur ganz normalen Höchstandüberwachung eines Behälter benutzt werden, um bei Erreichen eines kritischen Wasserstandes Alarm auszulösen.

Claims

1. Regenwassernutzungsanlage, gekennzeichnet durch eine elektronische Steuerzentrale (9), eine damit verbundene, im Wasserspeicher (1) vorgesehene Meßeinrichtung (2) zur be rührungslosen Füllstandsmessung in einstellbaren, period ischen Zeitabständen, und eine in Abhängigkeit vom Füllstand von der Steuerzentrale (9) kontrollierte Trinkwasser-Nach speisung, Überlaufkontrolle, Förderpumpensteuerung, sowie Steuerung weiterer Überwachungs- und Alarmfunktionen.

2. Regenwassernutzungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Füllstandsmesseinrichtung (2) aus Ultraschallwandlern, nämlich mit einem Ultraschallsender und einem Ultraschallempfänger, besteht.

3. Regenwassernutzungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Füllstandmesseinricht ung (2) den Füllstand eines Behälters in mehreren einstell baren Leistungsstufen des Ultraschallsenders ermittelt.

4. Regenwassernutzungsanlage nach einem der Ansprüche 2-3 dadurch gekennzeichnet, daß "Sender" und "Empfänger" der Füllstandmesseinrichtung (2) in einem Abstand von weniger als 6 cm nebeneinander angeordnet sind, um einen Meßbereich von 5 cm bis mehr als 3 m von der Messeinrichtung (2) ent fernt, erfassen zu können.

5. Regenwassernutzungsanlage nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Füllstandmeß einrichtung (2) auf jede, innerhalb des möglichen Meß bereichs liegende Behältergröße, einstellbar ist.

6. Regenwassernutzungsanlage nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler (2) beheizt sind.

7. Regenwassernutzungsanlage nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler (2) wasserdicht gekapselt sind.

8. Regenwassernutzungsanlage nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter (1) Fühlerelemente angebracht sind, über welche erkannt werden kann, daß die Entfernung von der Messeinrichtung (2) zum Wasserspiegel zu gering ist, um eine Füllstandsmessung vorzunehmen.

9. Regenwassernutzungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Trinkwassernachspeiseeinrichtung (8) ein elektrisch ansteuerbares Ventil oder eine Pumpe auf weist.

10. Regenwassernutzungsanlage nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Füllstandschwelle zur Aktivierung der Trinkwassernachspeisung (8) auch außerhalb des Behälters (1) einstellbar ist.

11. Regenwassernutzungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Nachspeisemenge des Nachspeisewassers auch außerhalb des Behälters (1) einstellbar ist.

12. Regenwassernutzungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Trockenlaufschwelle zur Abschaltung der Förderpumpe (3) auch außerhalb des Behälters (1) einstellbar ist.

13. Regenwassernutzungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Füllstand zur Überlaufregelung auch außerhalb des Behälters (1) einstellbar ist.

14. Regenwassernutzungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Nachspeisungseinrichtung (8) ständig automatisch überwacht wird. Und zwar:

a) Auf Dichtheit des Nachspeiseventils im Ruhezustand
b) Auf tatsächlichen Wasserlauf während einer Nachspeisung

15. Regenwassernutzungsanlage nach Anspruch 1 dadurch ge kennzeichnet, daß die Nachspeisungseinrichtung (8) auf der Regenwasserseite ständig überwacht wird. Und zwar auf:

a) Verstopfung des Nachspeisezulaufs zum Behälter
b) Rückstau aus dem Behälter bzw. Kanalsystem

16. Regenwassernutzungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Füllhöhe des Regenwasserspeichers (1) in Liter (1), Zentimeter (cm) und/oder Prozent (%) angezeigt wird.

17. Regenwassernutzungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß eine akustische und optische Alarmfunktion für folgende Systemzustände vorhanden ist:

a) Tanküberlauf
b) Kein Wasserlauf während der Nachspeisung/Nachspeisung verstopft/Rückstau aus dem Behälter bzw. Kanalsystem
c) Nachspeisungsventil undicht
d) Kein Sensorsignal

18. Regenwassernutzungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß für alle anzusteuernden elektrischen Geräte wie Förderpumpe, Nachspeiseventil, sowie eventuell notwendiger Überlaufpumpe, betriebsbereite Steckdosen angebaut sind.