Zeitweise fließfähige selbstverdichtende Verfüllmaterialien

Der AGFW führt seit Sommer 2012 das Forschungsvorhaben „Einsatz fließfähiger Verfüllstoffe zur KMR-Verlegung in Gräben und Haubenkanälen“ (FKZ 03ET1063D) durch. Das Gesamtprojekt untersucht unter anderem in klein- und großmaßstäblichen Laborversuchen die Verwendung neuartiger Verfüllstoffe. Ziel ist es, Grundlagen für den „berechenbaren“ Einsatz fließfähiger Verfüllstoffe im Fernwärmeleitungsbau aus wirtschaftlicher sowie technischer Sicht zu erarbeiten.

Die Teststrecke „Bypassleitung“

Die Teststrecke „Bypassleitung“

Die Teststrecke „Bypassleitung“ ist hierbei ein wichtiger Baustein und der Bau sowie Betrieb der „Bypassleitung“ wurde durch die NRM Netzdienste Rhein - Main GmbH, einer Tochtergesellschaft der Mainova AG, ermöglicht und unterstützt. Durch den Anschluss an das bestehende Fernwärmesystem können unabhängig vom Regelbetrieb individuelle Betriebsphasen realisiert werden. Diese Eigenschaft der „Bypassleitung“ ist für eine wissenschaftliche Betrachtung sehr wertvoll, da die thermische Beaufschlagung der Kunststoffmantelrohre (KMR) unter definierten Vorgaben erfolgen kann.

Für den direkten Vergleich der Bettungsmaterialien ZFSV und Sand wurden zwei KMR der Dimension DN 40/125 parallel und getrennt durch einen Erdsattel verlegt. Beide Leitungen besitzen identische Randbedingungen, welche sich ausschließlich im Bettungsmaterial unterscheiden.

Die umfangreich installierte Messtechnik dokumentiert für eine wissenschaftliche Auswertung die Längenänderungen (axial und radial), Temperaturen, Bodenfeuchte sowie auftretende Kräfte. Es sind insgesamt 57 Sensoren im Einsatz.

Für die Umsetzung verschiedener Betriebsphasen wurde zunächst ein passendes Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema erarbeitet. Durch den Einsatz einer drehzahlvariablen Pumpe, Armaturen sowie von der Samson AG dem Forschungsvorhaben bereitgestellten Ventilen ist es möglich, die Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik individuell anzupassen.

Die Inbetriebnahme der „Bypassleitung“ erfolgte am 12.11.2015 und hat bereits zuverlässig Messdaten aufgezeichnet. Das Anfahren wurde mit einem Temperaturgradienten von 5 K/h durchgeführt und seitdem befindet sich die Teststrecke im „Haltemodus“ bei einer konstanten Temperatur von 90 °C. Dieser Haltebetrieb dient der Beobachtung des Kriechverhaltens der KMR in beiden eingesetzten Bettungsmaterialien. Die aktuellen Messdaten weisen signifikante Unterschiede in dem Interaktionsverhalten zwischen den Bettungsmaterialien und PE-Außenmantel auf.

Die „Bypassleitung“ wird mindestens zwei Jahre betrieben werden und die Fernwärmeforschung mit wichtigen Erkenntnissen über die bodenmechanischen Eigenschaften von KMR und Bettungsmaterialien bereichern. In Zukunft können durch die ermittelten Messwerte in weiteren Forschungsprojekten Erkenntnisse für bestehende und neue Wärmenetze gewonnen werden.

Messquerschnitt im Leitungsgraben "Feuchte und Temperatur"

Hintergrund

Für Wärmenetze gelten heute hohe Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit, welche Planung, Betrieb und Instandhaltung entscheidend beeinflussen. Der Wandel im Fernwärmeleitungsbau hin zu mehr erneuerbarer Energie im Netz erfordert hingegen Neubaumaßnahmen in großem Umfang. Auch Umbau- und Instandhaltungsmaßnahmen sind für die Zukunft der Wärmenetze wichtig. So müssen in den nächsten Jahren hunderte von Kilometern Fernwärmeleitungen erneuert werden, die in der Zeit vor 1960 in Betonhaubenkanälen verlegt wurden. In diesen Haubenkanälen könnten ohne nennenswerten Tiefbauaufwand Kunststoffmantelrohre (KMR) verlegt werden. Der verbleibende Hohlraum könnte mit fließfähigen Verfüllmaterialien verfüllt und damit auch die maroden Betonhauben dauerhaft stabilisiert werden. Eine erste exemplarische Umsetzung wurde in Hamburg durchgeführt.
In diesem Forschungsvorhaben wird zusammen mit der Hochschule Regensburg und der GEF Ingenieur AG ein ganzheitlicher Ansatz gewählt, der alle Komponenten des Fernwärmeleitungsbaus wie Tiefbau, Rohrbau, KMR- Statik, Vorwärmung und Bauablauf beinhaltet. Es wird eine praxisrelevante, gesamtheitliche, systematische Aufarbeitung und abschließende Bewertung angestrebt, die Versorger in die Lage versetzen soll, fließfähige Verfüllmaterialien im großen Stil einsetzen zu können. Aus den verfügbaren fließfähigen Verfüllmaterialien werden diejenigen identifiziert, welche am meisten zum Einsatz kommen und damit die höchste Relevanz in der Branche haben. Diese Materialien werden einem umfangreichen wissenschaftlichen Versuchprogramm unterzogen. Die Umsetzung des im Rahmen des gesamten Forschungsprojektes erarbeiteten Wissenstands erfolgt projektbegleitend durch Demonstrationsvorhaben. Zudem werden Informationsveranstaltungen angeboten, die neuste Erkenntnisse darstellen. Eine entsprechende Verzahnung zwischen Forschung und Praxis ist erwünscht und eingeplant. Der Branchenverband wird permanent im Rahmen seiner Gremiensitzungen über das Projekt berichten und versuchen weitere Unternehmen zum Einsatz von fließfähigen Verfüllmaterialien zu bewegen. Motivation Fließfähige Verfüllmaterialien versprechen eine näherungsweise homogene Bettung der Rohrleitung. Im Falle einer erfolgreichen Rezeptur für das fließfähige Verfüllmaterial kann solch eine homogene Bettung viele Vorteile hinsichtlich Lagesicherung, Stabilität und Berechnung bieten. Zudem können fließfähige Verfüllmaterialien die Funktion einer (zweiten) Dichtschicht erfüllen. Allerdings muss sichergestellt werden, dass alle für die Standsicherheit relevanten Eigenschaften dauerhaft Bestand haben und Reparaturen bzw. Änderungen an der Leitungsführung möglich sind.

Durchführung und Vorgehen

In diesem Forschungsvorhaben wird zusammen mit der Hochschule Regensburg und der GEF Ingenieur AG ein ganzheitlicher Ansatz gewählt, der alle Komponenten des Fernwärmeleitungsbaus wie Tiefbau, Rohrbau, KMR- Statik, Vorwärmung und Bauablauf beinhaltet. Es wird eine praxisrelevante, gesamtheitliche, systematische Aufarbeitung und abschließende Bewertung angestrebt, die Versorger in die Lage versetzen soll, fließfähige Verfüllmaterialien im großen Stil einsetzen zu können. Aus den verfügbaren fließfähigen Verfüllmaterialien werden diejenigen identifiziert, welche am meisten zum Einsatz kommen und damit die höchste Relevanz in der Branche haben. Diese Materialien werden einem umfangreichen wissenschaftlichen Versuchsprogramm unterzogen. Die Umsetzung des im Rahmen des gesamten Forschungsprojektes erarbeiteten Wissenstands erfolgt projektbegleitend durch Demonstrationsvorhaben. Zudem werden Informationsveranstaltungen angeboten, die neuste Erkenntnisse darstellen. Eine entsprechende Verzahnung zwischen Forschung und Praxis ist erwünscht und eingeplant. Der Branchenverband wird permanent im Rahmen seiner Gremiensitzungen über das Projekt berichten und versuchen weitere Unternehmen zum Einsatz von fließfähigen Verfüllmaterialien zu bewegen. Motivation Fließfähige Verfüllmaterialien versprechen eine näherungsweise homogene Bettung der Rohrleitung. Im Falle einer erfolgreichen Rezeptur für das fließfähige Verfüllmaterial kann solch eine homogene Bettung viele Vorteile hinsichtlich Lagesicherung, Stabilität und Berechnung bieten. Zudem können fließfähige Verfüllmaterialien die Funktion einer (zweiten) Dichtschicht erfüllen. Allerdings muss sichergestellt werden, dass alle für die Standsicherheit relevanten Eigenschaften dauerhaft Bestand haben und Reparaturen bzw. Änderungen an der Leitungsführung möglich sind.

Weitere Informationen erhalten sie auf der Homepage EnEff:Stadt.

Kontakt

Sebastian Grimm, M.Sc.

Tel.:  +49 69 6304-200
Mail: s.grimm@agfw.de

Projektpartner

  • AGFW Projektgesellschaft für Rationalisierung, Information und Standardisierung mbH,
  • GEF Ingenieur AG
  • OTH.R Ostbayrische technische Hochschule Regensburg 

Veranstaltungen
zum Thema:

15.03.2018
ZUKUNFT FERNWÄRME - Werkzeuge für eine flexible und effiziente Fernwärmeversorgung in Kaiserslautern

11.04.2018
5th International Solar District Heating Conference in Graz

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