Wasserspiele – technische Umsetzung
Wasser übt auf den Menschen seit je eine grosse Anziehungskraft aus. Kaum verwunderlich, wollen wir es auch in unseren urbanen Freiräumen in allen seinen Facetten erleben. Um befriedigende Ergebnisse zu erlangen, bedarf es aber eines fundierten Wissens und einer guten Zusammenarbeit zwischen Fachplanern und Unternehmern.
Ob sich das Wasser in einem malerischen Chaos tausender Findlinge kraftvoll den Weg durch ein Tal sucht oder an überhängenden Moosen in feinen Fäden in die Tiefe träufelt, ob es sich als Welle an einem Felsen donnernd zerschellt oder als einzelner Tropfen klangvoll in eine stille Wasserfläche fällt, der vielfältigen Art des Wassers, uns zu faszinieren, sind keine Grenzen gesetzt. Mit scheinbar beschwingter Leichtigkeit und beneidenswerter Eleganz erschafft die Natur unermüdlich neue „WasserSpiele“, die all unsere Sinne zu bewegen vermögen. Es zeigt aber auch, dass der Grad an Komplexität des Wassers nicht unterschätzt werden darf. Der Zauberstab der Natur ist uns Menschen nicht vergönnt! Um im urbanen Freiraum den hohen Bedürfnissen und Erwartungen der Bevölkerung aber auch den stetig steigenden Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden, müssen mit gekonnten Konzept- und Detailplanungen auch funktionierende technische Lösungen einhergehen.
Wasserspiele entwerfen
Die Firma JML Water Feature Design mit Sitz in Barcelona ist, wie es der Name verrät, auf das Design von Wasserspielen fokussiert. Von den über 400 weltweit von JML erschaffenen Waterdesigns soll in diesem Bericht auf zwei Projekte näher eingegangen werden. Sie zeigen auf, dass sich Wasserspiele mit einer treffend gewählten Gestaltungsidee harmonisch in einen Kulturkreis oder eine Umgebung einfügen lassen.
Für den Teddy Park in Jerusalem (Israel) wünschte sich die Bauherrschaft ein pompöses Wasserspiel wie wir es aus US amerikanischen Städten wie Las Vegas kennen. Mit dieser Vorstellung konnte sich Stéphane Llorca, Geschäftsleiter bei JML, gar nicht anfreunden. Für den geschichtsträchtigen und kulturell vielfältigen Ort suchte er nach einem verbindenden Element. So beginnt das Projekt mit der Idee einer Kerze, die alle Menschen als Symbol des Friedens verstehen. Nun startet am Abend das Wasserspiel mit fackelnden „Kerzen“, die sich zu dutzenden auf dem Fussboden vermehren. Im Rhythmus der Musik entspringen dem Lichtermeer tänzelnde Fontänen. Mit dem Einsatz von Wasser, Musik und weissem elektrischem Licht hat das Team um Stéphane Llorca ein schönes Projekt geschaffen, das Weltbilder Ultra Orthodoxer, Araber, Juden und Christen vereint. Im Internet ist das Wasserspiel zu bewundern unter: www.youtube.com/watch?v=OZK4nMrfPxc.
Ein riesiger Parkplatz versperrte auf der Place de la Bourse den Bürgern von Bordeaux den Zugang zu den Ufern der Garonne. JML wollte die Stadt wieder mit seinem Fluss verbinden. Dazu diente ein Schauspiel auf der Piazza San Marco in Venedig. Nach Regenfällen entstehen dort grossflächige Pfützen, in welchen sich die Palazzi spiegeln. Es war Impuls für den „Mirroir d’Eaux“ in Bordeaux, bei dem Wasserdampf aus dem Boden schiesst und den Besucher in Nebelschwaden hüllt. Erst wenn er sich lüftet, überschwemmt Wasser den 105 x 26 Meter langen und breiten Platz, um den Himmel auf Erden zu spiegeln und alsbald wieder im Boden zu verschwinden.
Der Technikraum
So künstlerisch diese Projekte an der Oberfläche anmuten, so Technik geladen sind sie im Untergrund. Dort befinden sich in Kellerräumen modernste Schaltzentralen, dessen Platzbedarf nicht unterschätzt werden darf. Meist haben sie eine ähnliche Dimension wie die Fläche des Wasserspieles selbst und befinden sich bevorzugt direkt darunter. Es ist nicht nur zu bedenken, dass die Technik viel Raum benötigt, es sollte auch auf den Platzbedarf und die Zugänglichkeit geachtet werden, um all diese Komponenten wie Wassertanks, Enthärtungsanlagen, Pumpen- und Filteranlagen, Rohrleitungen und Armaturen zu unterhalten oder auszuwechseln. Nicht zu vergessen ist die Anlieferung und Lagerung der Chemikalien. Letztendlich dürfen die Computer nicht fehlen. Vollgepumpt mit Algorithmen (komplexe mathematische Formeln), steuern sie nicht nur die Showeffekte sondern auch viele Belange rund um Wasserzufuhr und -qualität. Mit so vielen technischen und elektronischen Instrumenten erstaunt es nicht, dass die Technikräume einwandfrei abgedichtet und gegen Korrosion entfeuchtet werden müssen.
Herausforderungen im Wasserkreislauf
Der ganze Ablauf des Wasserspiels wird auf dem PC entwickelt. Unzählige Algorithmen steuern die Düsen an. Am Beispiel des Sechseläutenplatzes in Zürich schiessen die Ventile bis zu 260‘000 Liter Wasser/Stunde an die Oberfläche. Bei der Wahl der Armaturen und der Automationssteuerung empfiehlt es sich, auf Industrieprodukte wie Geberit oder Siemens zu setzen. Vor exotischen Marken ist Vorsicht geboten.
Bei der Rückführung des Rohwassers hat man mit verschiedenen Littering-Rückständen zu kämpfen. Doppelmeter, Cola Dosen und selbst Windeln finden den Weg durch Schlitzrinnen (!) in die Auffangbecken wo die Grobstoffe gefiltert werden, um die Pumpen bestmöglich zu schützen. Abscheidegitter, Skimmer oder die Anpassung der Schlitzgrössen können Abhilfe verschaffen. Im urbanen Umfeld künstlich genutztes Wasser darf Personen durch Krankheitserreger nicht gefährden. Der Beschichtung der Tanks, dem Sandfiltern und Desinfizieren ist deshalb grosses Augenmerk zu schenken, damit die Auffangbecken nicht Brutstätte für Keime, Bakterien und Viren werden. Der gesammelte Schmutz gelangt in die Kanalisation, die wichtigen Parameter werden gemessen, gespeichert und gelangen elektronisch an die für die Wasserqualität verantwortlichen Stellen. Ergeben die Kontrollen keine Badequalität sollte die Anlage automatisch gestoppt werden können.
Pumpenanlagen und Wassertechnik
Die Technikk, die bei Wasserspielen eingesetzt wird, hat ihren Ursprung aus der Schwimmbadtechnologie. Auch die Pumpen für Filtration und Aufbereitung sind identisch mit jenen, die bei Schwimmbädern eingesetzt werden. Der Pumpenleistung gilt es, ein besonderes Augenmerk zu schenken; ist sie doch neben der Gestaltung und Konstruktion des Wasserausritts ein wichtiger Faktor, um das Wasser in die gewünschten Bahnen zu lenken. Dabei müssen Pumpen verschiedenen Anforderungen gerecht werden. Wir unterscheiden die mechanische Belastung, bei der das Gerät für Krafteinwirkungen wie Schwingungen oder für den Dauerbetrieb durch Umwälzungen ausgelegt sein muss. Auch die Korrosionsbeständigkeit oder die Unempfindlichkeit gegenüber partikulären Belastungsstoffen gehören in dieses Kapitel. Zu den thermischen Belastungen zählen wir, die sich ändernden Wasser- und Aussentemperaturen. Nicht zu vergessen sind die chemischen Belastungen, denn Rohwasser ist meist aggressiv, bspw. durch den Chlorgehalt oder den pH-Wert. Letztendlich muss sich eine Pumpe durch seinen inerten Werkstoff hygienisch verhalten, geringe Geräuschemissionen und einen niedrigen elektrischen Leistungsbedarf aufweisen. Für eine Pumpe ist die Verschmutzung immer die erste Hürde. Entweder erfolgt das Ausscheiden der Stoffe direkt an der Pumpe oder es wird zu ihrem Schutz ein Vorfilter eingebaut.
Eine Pumpe soll Wasser ansaugen und nicht Luft. Die Aussage scheint banal, ist aber in der Pumpentechnologie eine Herausforderung. Durch das Ansaugen entsteht in der Flüssigkeit ein komplexer Vorgang, den die Ingenieure als „Kavitation“ umschreiben. Man versteht darunter die Bildung und Auflösung von dampfgefüllten Hohlräumen in der Flüssigkeit. Durch die hohe Geschwindigkeit des Wassers am Ort des Ansaugens kann der Druck so weit unter den normalen Luftdruck fallen, dass das Wasser nicht erst bei 100° C, sondern bspw. bereits bei 20° C verdampft. Es bilden sich Luftblasen, die ein Vielfaches an Raum benötigen als das flüssige Wasser. Wenn im weiteren Verlauf in der Pumpe selbst der Druck wieder ansteigt, hört der Verdampfungsvorgang wieder auf, die Blasen fallen schlagartig in sich zusammen und das durch die Luft verdrängte Wasser strömt implosionsartig zurück. Dadurch entwickeln sich grosse Kräfte, sogenannte Flüssigkeitsstrahle oder Mikrojets, die die Pumpe beschädigen, ihre Leistungskraft schwächen oder sie gar zerstören können. Hier spielt der NPSH-Wert eine wichtige Grösse, um das Saugverhalten des Fördergerätes zu beurteilen. Je niedriger der Wert, umso tiefer die Kavitationsneigung der Pumpe.
Wenn Wasser über Unlängen an Leitungen gefördert wird, entstehen Widerstände. Diese Reibungsverluste müssen mit (Pumpen-) Druck kompensiert werden. Tabellen geben Auskunft darüber, welche Einzelwiderstände bei einer bestimmten Fliessgeschwindigkeit für eine entsprechende Rohrleitung herrschen. Winkel- Bogen, T- oder Reduzierstücke bremsen ebenfalls. Es ist Aufgabe des Fachplaners die Druckverluste durchzurechnen, um die richtige Pumpenwahl zu treffen. Den Kräften, die durch die Wasserbewegung entstehen, muss eine stabile Befestigung der Leitungen und Geräte entgegengesetzt werden.
Wichtige Indikatoren für die Wasserqualität
In der Landschaftsarchitektur und speziell bei Wasserspielen sind die Wasserqualität und die Art der Nutzung für die Funktionalität der Anlage von entscheidender Bedeutung. Folgende wichtigen Parameter müssen für Wasseranlagen aller Art beachtet werden:
Mit der elektrischen Leitfähigkeit wird der Gesamtsalzhaushalt des Wassers beurteilt. Weil der elektrische Strom von gelösten Ionen transportiert wird, steigt die Leitfähigkeit mit zunehmender Ionenkonzentration. Reines, destilliertes Wasser ist kein guter Leiter.
Der pH-Wert ist für die Wasserpflege das Wichtigste. Er beeinflusst alle Faktoren des Beckenwassers. Ideal ist ein Wert zwischen 7 und 7.4. Ein höherer Wert zerstört den natürlichen Säuremantel der Haut und führt zu Kalkausfällungen wie Verklebungen im Filter und Trübungen des Wassers. Bei einem niedrigeren Wert besteht die Gefahr von Geruchsbelästigungen und Verkeimungen, da die Chlorzugaben weniger wirken. Ebenfalls kommt es zu Schleimhautreizungen und Korrosionen bei metall- und mörtelhaltigen (Fugen) Werkstoffen. Durch die Zugabe von Natriumbikarbonaten steigt der pH-Wert wieder an. Oft nützt auch eine gute Bewegung, da CO2 als saurer Bestandteil des Wassers ausgetrieben wird. Mit Säurenzugabe lässt sich der pH-Wert nach unten korrigieren.
Ein hoher Chloridgehalt wirkt auf Beton und eisenhaltige Metalle zerstörend. V2A verträgt 200 mg/l. Chloride können durch Gesteinsauswaschungen, durch den Kontakt mit Fäkalien, Abwasser und Düngemittel im Wasser vorkommen.
Die Säurekapazität des Wassers sorgt dafür, die Auswirkungen der eingetragenen Aufbereitungsstoffe auf den pH-Wert auszugleichen und ihn zu stabilisieren. So ändert sich der pH-Wert eines Wassers mit geringer „Pufferkapazität“ durch Zugabe von Säuren oder Laugen viel stärker als bei Wasser mit einer hohen Säurekapazität. Carbonat- und Hydrogencarbonate sind die, die Säurekapazität bestimmenden Wasserinhaltsstoffe. Harte Wasser haben die bessere Fähigkeit eingetragene Stoffe zu neutralisieren als weiche Wasser.
Die Karbonathärte besitzt wohl, wie oben beschrieben, die Fähigkeit, Säuren zu puffern und den pH-Wert zu stabilisieren, aber nur solange das Gleichgewicht zu der Konzentration an Kohlendioxid – Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht – ausgewogen ist. Befindet sich im Wasser nicht mehr genügend freies Kohlendioxid fällt Kalziumkarbonat (Kalk) an.
Ist der Anteil an Kalziumsulfaten zu hoch, greift es Beton an. Hohe Konzentrationen an Eisen und Mangan bewirken Verfärbungen an Überlaufkanten.
Sind Phosphate im Wasser übervertreten, verbessern sich die Bedingungen für Algen. Mit Sonneneinstrahlung und erhöhten Wassertemperaturen vermehren sie sich dann explosionsartig. Auch ein pH-Wert über 8 und hartes Wasser fördert das Algenwachstum. Wird der Wert von 0.035 mg Phosphaten pro Liter unterschritten, wachsen keine Algen und Mikroorganismen mehr. Dies lässt sich durch die Entnahme von Stickstoff, bei gleichzeitiger Reduktion des Nährstoffeintrages ins Wassersystem erreichen. Mit dem Enthärten des Wassers und dem Senken des pH-Wertes lassen sich ebenfalls gute Resultate erreichen. Granite, Gneise, Basalte liefern weiches, Kalke und Sande hartes Wasser.
Mit einer Wasseranalyse lässt sich die Ursache einer allfälligen Gleichgewichtsstörung bestimmen und mit einer professionellen Wasserpflege können Gesundheitsrisiken und Bauschäden eliminiert werden.
