DE19814903C2 - Verfahren zum vorbeugenden Absperren einer Versorgungsleitung für ein Medium in Abhängigkeit von den Konsumgewohnheiten der Benutzer und Druckmessung in den Leitungen - Google Patents

Abstract

Das Problem ist, daß bisher Rohrbrüche, Leckagen, überlaufende Behältnisse und andere Störungen erst erkannt wurden, wenn sie bereits große Schäden verursacht hatten. Darauf wurde dann mit einem Absperren der Zuleitungen oder einer Alarmierung reagiert. Bei Gasaustritt besteht Explosions- oder Vergiftungsgefahr. DOLLAR A Zur Lösung dieser Probleme werden die Konsumgewohnheiten der Benutzer und die Druckmessung in den Rohrleitungen als Kriterium für die Feststellung einer Undichtigkeit im Rohrleitungssystem ausgewertet. Zusätzlich werden die Rohrleitungen nur für eine gewollte Entnahme vorübergehend geöffnet. Die Öffnungszeit und -dauer wird statistisch erfaßt und ausgewertet. Aufgrund der Öffnungscharakteristik einer Entnahmestelle kann eine Undichtigkeit von einer gewollten Entnahme unterschieden werden. DOLLAR A Die Einrichtung kann in Wasserrohrleitungen und Gasleitungen von Gebäuden installiert werden. Die Installation in Zirkulationsleitungen mit verschiedenen Zu- und Abflüssen ist ebenfalls möglich. Erdverlegte Wasser- und Gasleitungen waren bisher ungeschützt und können jetzt abgesichert werden.

Description

Verfahren zum Absperren einer Versorgungsleitung für ein Medium, bei dem die Konsumgewohnheiten der Benutzer und die Druckmessung in den Leitungen als Kriterium für die Feststellung einer Undichtigkeit im Rohrleitungssystem ausgewertet werden.

Stand der Technik ist ein Auslaufstop gemäß DE 32 42 750 A1, der die Verbrauchsmenge an Rohrleitungen angeschlossener Einzelverbraucher ermittelt und diese Mengen mit vorgegebenen Sollwerten vergleicht. Allgemein ist die Volumenmessung mit vorgegebenen Sollwerten Stand der Technik.

Das ist aber nur als Einzelabsicherung geeignet und nicht um ein Rohrleitungsnetz mit vielen Entnahmestellen abzusichern, welche maschineller oder manueller Art sein können. Einer manuellen Entnahmestelle kann kein eindeutiger Sollwert zugeordnet werden. Eine manuelle Entnahmestelle läßt sich von Hand ein viertel, halb oder ganz öffnen. Alle Zwischenstellungen sind ebenfalls möglich. Auch einer maschinellen Entnahmestelle müßte eine Vielzahl an Sollwerten vorgegeben werden, da das Volumen je Zeiteinheit sich in Abhängigkeit vom Druck verändert.

Bisher wurden Rohrbrüche, Leckagen, überlaufende Behältnisse und andere Störungen erst erkannt, wenn sie bereits große Schäden verursacht hatten. Darauf wurde dann mit einem Absperren der Zuleitungen oder einer Alarmierung reagiert.

Die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen lösen das Problem, wonach vorhandene Einrichtungen zwar reagieren, aber erst, wenn schon Schaden durch das entweichende Medium aufgetreten sind. Grund dafür sind die Mängel der technischen Einrichtungen. Die Mängel sind Unflexibilität im Gebrauch, spätes oder nicht Erkennen von Leckagen und große Meßfehler. Die Unflexibilität der heutigen Schutzeinrichtungen zeigt sich in fest eingestellten Parametern, die im Schadensfall erst spät zum Verschließen des Rohrleitungssystems fuhren. Das trifft besonders zu, wenn es zu einer vollen Öffnung des Querschnitts infolge eines Rohrbruchs oder zum Bersten von Schlauchen kommt. Je nach Gerät und Medium sind das dann hunderte Liter. Besonders groß sind Wasserschäden in Gebäuden, wenn längere Zeit nach Eintreten eines Störfalls keine Maßnahmen zur Fehlerbeseitigung getroffen werden.

Bei dem Medium Gas kommt das hohe Gefahrenpotential hinzu. Geringe Mengen eines brennbaren Gases führen in mit Luft gefüllten Räumen zur Bildung eines Explosionsfähigen Gemisches. Aber es besteht nicht nur Explosionsgefahr. Gas fuhrt auch zu Vergiftungen. Das ist eine lautlose Bedrohung mit hohem Gefährdungspotential. Das betrifft vor allem bewohnte Gebäude. Auch spätes schließen einer Gasleitung im Brandfall fuhrt zu schweren Folgen. Das Feuer breitet sich durch das ausströmende Gas weiter aus und gefährdet die Feuerwehr und die Rettungskräfte.

Der größte Mangel bisheriger Einrichtungen aber ist die Meßungenauigkeit der Volumenmessung. Gängige Meßgeräte benötigen eine Mindestdurchflußmenge von 1 bis 3 Litern pro Stunde, damit eine Messung stattfindet. Setzt man ein solches Gerät ein, ergibt sich auf das Jahr umgerechnet eine unglaublich große Verlustmenge. Wegen großer Meßfehler werden mit herkömmlichen Schutzeinrichtungen keine beginnenden Leckagen erkannt. Jede Leckage infolge von Korrosion oder Erosion an Rohrleitungen beginnt mit minimaler Perforation der Rohrleitungen. Dabei spielt das Material keine Rolle. Sogar moderne Edelstahl Wasserrohrleitungen sind von Korrosion betroffen. Die Gründe sind das heute regional vorzufindende aggressive Wasser und in Wasserleitungen induzierte Ströme. Diese kleinen Perforationen werden dann bestenfalls als Sickerstellen sichtbar.

Diese minimalen Undichtigkeiten müssen schnell erkannt werden, um vor Eintreten des späteren großen Schadens zu reagieren.

Die vorhandenen Mängel bestehender Einrichtungen werden, durch die Verfahren nach den Patentansprüchen 1. bis 7. beseitigt. Die Einrichtung nutzt die Druckmessung in der Rohrleitung um sich auf die Gewohnheiten der Benutzer einzustellen. Dabei werden logische Zusammenhänge und Gebrauchsabläufe genutzt um eine gewünschte Entnahme von einer Undichtigkeit zu unterscheiden. Weiterhin werden die physikalischen Bedingungen in der Rohrleitung aufgezeichnet und ausgewertet. Damit ist vorrangig die Druckmessung gemeint. Zusätzliche wird die Temperatur, die Dynamik des Mediums und der Schall in der Rohrleitung ausgewertet. Die Aufzeichnung und Auswertung dieser Informationen wird durch einen leistungsfähigen Kleincomputer bewältigt. Ein einfacher logischer Zusammenhang ist zum Beispiel, wenn eine Entnahmestelle geöffnet wird, fallt der Druck im Leitungssystem. Wird eine weitere Entnahmestelle geöffnet, fallt der Druck in der Rohrleitung weiter ab. Dazu muß die Relation Rohrquerschnitt zur Entnahmemenge passen. Ein weiterer Punkt der zu beachten ist, ist der nächtliche Druckabfall im Warmwasserspeicher. Das Wasser im Warmwasserspeicher kühlt sich ab, weil nachts die Heizungskesseltemperatur abgesenkt wird. Die Folge ist eine Volumenreduzierung des Wassers und der somit stattfindende Druckabfall.

Eine typische Gewohnheit der Benutzer eines Wohngebäudes ist das morgendliche Aufstehen zu einer bestimmten Uhrzeit, oder das Kochen zu bestimmten Zeiten. Typische Entnahmezeiten und -dauern werden aufgezeichnet und nach programmierten Regeln ausgewertet.

Die Kinematik des Mediums und der Schall, den die Rohrleitung sehr gut übertragt, wird ebenfalls ausgewertet. Jede Entnahmestelle hat eine bestimmte Öffnungscharakteristik, die sich in einer Druckabfallkurve, nachfolgenden Druckschwingungen und Geräuschen im Rohrleitungssystem äußert.

Ein vorteilhafter Zusatz zu der Einrichtung in Anspruch 1. ist in Anspruch 2. angegeben. Die Erweiterung nach Anspruch 2. führt zu einer Früherkennung von Leckagen in druckbeaufschlagten Rohrleitungssystemen. Durch die Druckmessung bei abgeschalteter Rohrleitung wird eine beginnende Undichtigkeit, mit geringsten Verlustmengen, oder eine vorhandene Undichtigkeit zuverlässig erkannt und gemeldet. Die Leitungen werden nur bei Bedarf zeitweilig freigegeben. Wenn eine Störung erkannt wird, bleibt das Rohrleitungssystem abgesperrt. Der Vorteil der vorbeugenden Absperrung ist die zuverlässige Verhinderung von Schäden durch austretende Flüssigkeiten oder Gase.

Die Erweiterung nach Anspruch 3. wobei auch ein Druck über dem Normalniveau ausgewertet wird und bei Erkennen zum Abschalten der Wasserzufuhr führt, schützt vor Schäden durch zu hohen Leitungsdruck. Defekte Druckreguliereinrichtungen werden sofort erkannt. Folgeschäden werden verhindert.

Die Erweiterung nach Anspruch 4. ermöglicht, daß eine statistische Auswertung der Druckverhältnisse im Rohrleitungssystem durchgeführt und bei einer Abweichung von normalen zeitlichen Abläufen reagiert wird. Die Erweiterung in Verbindung mit dem Anspruch 2. steigert die Sicherheit bei der Unterscheidung zwischen normalen Entnahmen und geringsten Undichtigkeiten, die auch zu einem regelmäßig wiederkehrenden Druckabfall führen.

Die Erweiterung nach Anspruch 5. führt zum Erkennen von defekten Endgeräten, wie zum Beispiel einer Waschmaschine oder einer Spülmaschine. Dabei wird das ausgetretene Medium Wasser erkannt. Darauf wird mit dem Absperren der Zuleitung reagiert. Die Bediener werden alarmiert.

Die Erweiterung nach Anspruch 6. ermöglicht im Brandfall die Schadenreduzierung und die Absicherung der Löscharbeiten. Das Feuer wird durch die eingesetzten Brandmelder erkannt. Die Zufuhr von Gas in die Rohrleitungen wird unterbrochen.

Die Erweiterung nach Anspruch 7. ermöglicht das Unterscheiden verschiedener Entnahmestellen. Durch den in die Rohrleitung eingebauten Drucktransmitter können Druckverläufe beim Öffnen einer Entnahmestelle aufgenommen und von anderen Signalen unterschieden werden. Das ermöglicht die Unterscheidung verschiedener Entnahmestellen. Jede Entnahmestelle erzeugt beim Öffnen unterschiedliche Druckwellen und -verluste, die im auswertenden System gespeichert sind und mit den im Rohrleitungssystem entstehenden Druckschwankungen verglichen werden. Das ermöglicht die Unterscheidung einer Undichtigkeit von einer normalen Entnahme an einer Entnahmestelle.

Ein Ausführungsbeispiel

Weitere Vorteile ergeben sich auch aus dem folgenden Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den Figuren der Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Gebäude mit zwei Etagen und den Keller. Dargestellt wird ein Rohrleitungssystem für Gas. Es werden verschiedene Gasverbraucher dargestellt. Die Anordnung der Gas- und Brandmelder wird gezeigt.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch ein Gebäude mit zwei Etagen und den Keller. Dargestellt wird die Anordnung der Steuerung. Das Rohrleitungssystem und manuelle wie auch automatische Entnahmeeinrichtungen werden gezeigt.

Die beschriebene Vorrichtung wird innerhalb und außerhalb von Gebäuden zur vorbeugenden Absperrung von Fluiden und gasförmigen Stoffen eingesetzt. Ein Ausführungsbeispiel ist eine Absperrvorrichtung für eine Wasserversorgungsleitung in einem Wohnhaus. In die Versorgungsleitung eines Wohnhauses wird ein Absperrventil integriert (3). Das Ventil ist in stromlosen Zustand geschlossen. Bei Stromausfällen und in Notfällen kann die Wasserzufuhr per Hand mittels Bypass (4) geöffnet werden. Die Stromversorgung der Einrichtung kann aber auch durch einen geladenen Akkumulator sichergestellt werden. Das Gerät wird durch das Stromnetz mit Energie versorgt, wobei ein Transformator zwischengeschaltet ist. Das Absperrventil ist mit einer Steuereinrichtung (2) verbunden. Die Steuereinrichtung gibt das Signal zum Öffnen oder Schließen des Absperrventils. In die Steuereinrichtung ist ebenfalls die Druckauswertung integriert. Die Drücke im Rohrleitungssystem werden durch Druckschalter oder Drucktransmitter festgestellt. Bei Verwendung eines intelligenten Drucksensors ist auch eine von der Steuerung getrennte Druckauswertung denkbar. Wenn ein Mensch die Küche oder das Badezimmer betritt, um Wasser zu entnehmen, wird beim Öffnen des Wasserhahns der entstehende Druckverlust in der Zuleitung von den Drucksensoren erkannt. Dabei kann die Einrichtung den zeitlichen Verlauf des Druckverlusts aufnehmen und auswerten. Durch die Charakteristik beim Öffnen einer Entnahmestelle kann die Steuerung erkennen, ob ein Rohr defekt ist, oder eine normale Entnahme stattfindet. Die Steuerung öffnet das Absperrventil und Wasser kann zum Wasserhahn nachströmen. Da bei einem Rohrbruch der Druck in den Leitungen ebenfalls absinken würde, müssen verschiedene Randbedingungen zusätzlich geprüft werden. Um das Öffnen einer Wasserentnahmestelle von einem Rohrbruch zu unterscheiden wird ebenfalls die Größenordnung und der Verlauf des Druckabfalls untersucht. Dabei können verschiedene Ereignisse programmiert oder am Objekt aufgezeichnet werden. Tritt ein von der Charakteristik unbekanntes Ereignis auf, bleibt oder wird das Absperrventil geschlossen. Unbekannte Ereignisse können ein plötzlicher Druckverlust oder ein schleichender Druckverlust in der Absperrphase sein. Auch unbekannte Druckimpulse können je mich Beschaffenheit auf Fehler im System hinweisen.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist das Schalten einer Gasversorgungsleitung (10) in einem Gebäude, wobei wie in Fig. 1 dargestellt verschiedene Gasverbraucher angeschlossen sind. Das sind ein Gasheizkessel und ein Durchlauferhitzer, die elektronisch gezündet werden. Bei Installation der Rohrleitungssicherung ist keine permanente Gasentnahme möglich, weil das als Störung gewertet wird. Moderne Gasverbraucher haben keine Zündflamme mehr. Die Gasleitung wird aufgrund eines Druckabfalls freigeschaltet, wobei zuvor die Öffnungscharakteristik ausgewertet wird. Bei einem ungewöhnlichen Druckabfall und somit Gasaustritt bleibt das Gashauptmagnetventil (11) bis zur Löschung der Störungsmeldung geschlossen. Zusätzlich zu dem Drucksensor werden Gasdetektoren (13) installiert, die in der Nähe von Gasleitungen oder Gasentnahmestellen (14) angebracht werden. Die Datenübertragung (15) von den Gasdetektoren zur Steuerung, geschieht per Kabel oder drahtlos. Brandmelder (16) können ebenfalls an Brandgefährdeten Stellen installiert werden. Das sind z. B. Küchen, Treppenhäuser, Heizungskeller und Tiefgaragen usw.

Wenn die Brandmelder einen Brand oder eine Rauchentwicklung feststellen wird durch die Steuerung (17) die Gaszufuhr gesperrt, so daß kein Gas nachströmen kann. Die Brandmelder (16) sind wie die Gasmelder (13) mit der Steuerung verbunden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Absperren einer Versorgungsleitung für ein Medium, bei dem die Gewohnheiten der Benutzer, über eine Druckmessung in den Leitungen, als Kriterium für die Feststellung einer Undichtigkeit im Rohrleitungssystem ausgewertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abschaltphase der Leitungsdruck im abgesperrten Rohrstrang gemessen wird und bei einem, für den normalen Konsum, ungewöhnlichen Druckabfall im Rohrleitungssystem eine Störung signalisiert wird.

3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß nicht nur ein Druckabfall ausgewertet wird, sondern auch Drücke über dem normalen Niveau.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine statistische Auswertung der Druckverhältnisse im Rohrleitungssystem durchgeführt wird und bei Abweichung von ermittelten Zyklen reagiert wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Flüssigkeits- oder Gassensoren zur Erkennung des entweichenden Medium eingesetzt werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß bei Gasleitungen zusätzlich Brandmelder zur Erkennung einer Rauchentwicklung und somit eines Feuers eingesetzt werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungscharakteristik einer Entnahmestelle aufgenommen und ausgewertet wird und zur Unterscheidung zwischen einer Undichtigkeit und dem normalen öffnen einer Entnahmestelle dient.