Netzplanung & Bau

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Netzplanung & Bau

Innerhalb des Themenschwerpunktes Netzplanung & Netzbau werden Grundlagen und Empfehlungen erarbeitet bzw. dem aktuellen Erkenntnisstand angepasst:

⇒   Berechnung stationärer und instationärer Betriebszustände
      (AGFW FW 440 und AGFW FW 442)
⇒   Versorgungssicherheit zur Vermeidung bzw. Minimierung von
      Versorgungsunterbrechungen der Kunden (AGFW FW 113)
⇒   Netzdokumentation (AGFW FW 402)
⇒   Verlegesysteme
⇒   Planung und Bauausführung
⇒   Qualifikationsanforderungen an Personal und Unternehmen
      (AGFW FW 601, AGFW FW 603, AGFW FW 605, DVS 2212-4)
⇒   Qualitätsprüfungen


Übersicht Verlegesysteme:

Für alle heute angewendeten Verlegesysteme können bei fachkompetenter Planung und Bauausführung sowie einer angemessenen Zustandsanalyse Nutzugsdauern von fünf Jahrzehnten erwartet werden. In Abhängigkeit des Erfahrungshorizontes mit den Verlegesystemen, deren langjähriger Temperatur- und Druckbeaufschlagung, des Zustandes der Verlegesysteme und der Umgebungsbedingungen um diese sind auch deutlich längere Nutzungsdauern möglich.

Im Bild sind die wirtschaftlichen Anwendungsbereiche der Verlegesysteme in Abhängigkeit der  Durchmesser und der zulässigen Betriebstemperaturdargestellt.

Für Fernwärmeleitungen bis zu den Übergabestationen an die Kunden gibt es nach AGFW FW 411-1 keine Anforderungen an die Mindestdämmdicken. Die Dämmdicken werden von den Versorgungsunternehmen nach wirtschaftlichen Kriterien festgelegt (Veröffentlichung zu Wirtschaftlichkeit der Dämmreihen).

In AGFW FW 411-1 werden für neu zu errichtende Gebäudeleitungen Mindestdämmdicken in Anlehnung an die Energieeinsparverordnung (EnEV) empfohlen.

Stand: 08.01.2021-Be
Bild Anwendungsbereiche der Verlegesysteme für Fernwärmeleitungen

Erläuterungen zu den Verlegesystemen:

Die industriell hergestellten KMR-Baueinheiten wie Rohre, Formteile und Armaturen bestehen aus einem oder zwei Stahlrohr/en (Ein- bzw. Doppelrohrsystem) bzw. Stahlformstücken, einer Dämmung aus Polyurethan (PUR)-Hartschaumstoff und einer äußeren Ummantelung aus Polyethylen (PE). Das Bild zeigt den prinzipiellen Aufbau von Baueinheiten für KMR-Ein- und KMR-Doppelrohre.

KMR sind für eine direkte Erdverlegung in offener Bauweise vorgesehen. In der europäischen Norm EN 13941 wird auch die Anwendung im Spülbohrverfahren (HDD) behandelt.

Die Baueinheiten sind entsprechend den Produktnormen bis DN 1200 als Einrohrsystem und bis DN 250 als Doppelrohrsystem verfügbar. Sowohl für die Einrohr- als auch die Doppelrohrsysteme sind drei Dämmserien definiert. Die zulässige Dauerbetriebstemperatur beträgt 120 °C und darf pro Jahr für 300 Stunden bis zu einer Spitzentemperatur von 140 °C überschritten werden. KMR sind für Heizwasser als Wärmeträger vorgesehen.

Die Stahlrohre der Baueinheiten werden auf der Baustelle miteinander verschweißt. Die Wärmedämmung und die Verbindung bzw. Abdichtung der Ummantelungen erfolgt durch Verbindungsmuffen. Zur Erkennung von Durchfeuchtungen des PUR-Hartschaumstoffes und Beschädigungen des Verlegesystems sind meist Messelemente in der Wärmedämmung eingeschäumt und mit denen die KMR zentral überwacht werden.

Für KMR als Fernwärmeleitungen sind folgende europäischen Normen verfügbar (Fachbeitrag zu aktuelle Normänderungen in EHP 2020-06):

  • EN 253 Produktnorm für Rohrbaueinheiten als Einrohrsystem
  • EN 488 Produktnorm für Armaturenbaueinheiten als Einrohrsystem
  • EN 489-1 Produktnorm für Mantelrohrverbindungen
  • EN 13941 Anwendungsnorm für Planung und Installation
  • EN 14419 Systemnorm für Überwachungssysteme
  • EN 15698 Produktnorm für Rohr-, Formstück- und Armaturenbaueinheiten als Doppelrohrsystem
  • EN 17248 Begriffe

Für KMR als Fernkälteleitungen gelten ist folgende europäischen Normenreihe verfügbar:

  • EN 17414 Produktnormen für Rohrbaueinheiten mit Stahl- und polymeren Mediumrohren

Ergänzend zu den v. g. europäischen Normen für Fernwärmeleitungen werden im Arbeitsblatt AGFW FW 401 der Aufbau und die Herstellverfahren der Baueinheiten sowie die weiteren Systembauteile behandelt. Weitere Schwerpunkte sind Anforderungen und Empfehlungen für die Planung, die rohrstatische Bemessung, die Bauausführung, die Inbetriebnahme und den Betrieb.

Fachbeiträge zu den Ergebnissen von Qualitätsprüfungen:

Stand: 08.01.2021 - Be
Bild Prinzipielle Darstellung eine KMR-Rohrbaueinheit als Einrohr (links) und als Doppelrohr (rechts)

Vom konstruktiven Aufbau ähneln die flexiblen Rohrsysteme dem Verlegesystem KMR.

Das Mediumrohr und die Wärmedämmung sind in einer Ummantelung aus PE angeordnet. Die flexiblen Rohrsysteme werden werkmäßig gefertigt und auf Trommeln oder als Ringbunde auf die Baustelle geliefert.

Für die Mediumrohre werden polymere Werkstoffe wie PE-X und PB1 verwendet, für die metallischen Mediumrohre kommen vorwiegend Stähle mit niedrigen Festigkeitswerten wie z. B. P195GH oder auch Edelstahlwellrohre zur Anwendung.

Die flexiblen Rohrsysteme mit polymeren Mediumrohren sind für Betriebstemperaturen von etwa 80°C und Spitzentemperaturen bis etwa 90°C geeignet. Sie werden sowohl als Einrohr- als auch Doppelrohrsysteme, d. h. in der Ummantelung befinden sich ein oder zwei Mediumrohre, angeboten. Für die Wärmedämmungen werden herstellerspezifisch als Dämmstoffe PE- und PUR-Schaumstoffe sowie Faserdämmstoffe und andere verwendet.

Abhängig von den Abmessungen und ggf. der Umgebungstemperaturen lassen sie sich mit geringem Aufwand gut verlegen (Bild 1).

Flexible Rohrsysteme mit glatten Stahlrohren werden als Ein- und Doppelrohre bis zu DN 25 angeboten. Sie sind dafür vorgesehen, einen Anschluss der zu versorgenden Gebäude mit dem Verteilnetz herzustellen. Die zulässigen Betriebstemperaturen entsprechen denen des Verlegesystems KMR.

Flexible Rohrsysteme mit gewellten Edelstahl-Mediumrohren in Einrohr- und Doppelrohrausführung weisen von ihrem Aufbau her eine gute Flexiblität auf. Für die Wärmedämmung findet Polyisocyanurat- (PIR) Hartschaumstoff Anwendung. Dieser hat eine höhere Temperaturbeständigkeit als PUR-Hartschaumstoff.

Besonders bewährt hat sich das Verlegesystem bei der grabenlosen Verlegung im Horizontalspülbohrverfahren (HDD).

Bei der hydraulischen Bemessung sind die gegenüber den glatten Stahlrohren erhöhten Rohrreibungswiderstände

Für flexible Fernwärmeleitungen ist folgende europäische Normenreihe verfügbar:

  • EN 15632 Produktnormen für flexible Rohrsysteme mit metallischen und polymeren Mediumrohren

Für flexible Fernkälteleitungen ist folgende europäische Normenreihe verfügbar:

  • EN 17414 Produktnormen für Rohrbaueinheiten mit Stahl- und polymeren Mediumrohren

Stand: 08.01.2021-Be

Bild 1 Verlegung flexibler Fernwärmeleitungen (Quelle: bruggpipes.com)
Bild 2 Flexibles Rohrsystem mit Edelstahl-Mediumrohr (Quelle: bruggpipes.com)

SMR werden insbesondere als direkt erdverlegte Rohrleitungen ausgeführt. Auch Anwendungen als Freileitungen oder als selbst tragende Brückenbauwerke sind gebräuchlich.

Das Verlegesystem ist für die Wärmeträger Heizwasser und Dampf geeignet. Temperaturen bis 400 °C für z. B. industrielle Anwendungen sowie höchste Betriebsdrücke sind möglich.

SMR bestehen aus zwei Stahlrohren mit unterschiedlichen Durchmessern, die ineinander geschoben sind und in deren Ringraum die Wärmedämmung angebracht ist (siehe Bild 5). Im Innenrohr wird das Heizmedium transportiert, das korrosionsgeschützte Außenrohr (Mantelrohr) nimmt bei der direkten Erdverlegung die Erd- und Verkehrslasten auf. Bei kleinen Nennweiten werden auch zwei oder mehr Innenrohre in einem gemeinsamen Mantelrohr geführt. Für die Kompensation temperaturbedingter Längenänderungen sind im Ringraum Rohrlager zwischen dem Innen- und Mantelrohr angeordnet.

SMR werden projektbezogen als Rohr-, Bogen-, Abzweigbaueinheiten etc. werkmäßig gefertigt und auf der Baustelle zu einer funktionsfähigen Rohrleitung zusammengebaut.

Anforderungen an die Baueinheiten, Anforderungen und Empfehlungen für die Planung, die Bauausführung und den Betrieb können AGFW FW 410 entnommen werden.

Stand: 08.01.2021-Be
Bild 5 – Aufbau des SMR (Quelle; FW Fernwärmetechnik, Celle)

Fernwärmeleitungen als Freileitungen und als Gebäudeleitungen sind meist eine preiswerte Möglichkeit, Rohrleitungssysteme zu errichten.

Um das Stahl-Mediumrohr wird auf der Baustelle die Wärmedämmung – meist als Faserdämmstoff – angebracht und mit einer Ummantelung aus meist metallischen Werkstoffen geschützt.
Hinsichtlich der Betriebstemperaturen und –drücke gibt es keine Einschränkungen.

Freileitungen finden sich vorwiegend in industriellen Bereichen sowie im Bereich von Böschungen und an Brücken. Insbesondere im innerstädtischen Bereich stößt die Verlegung unter dem Gesichtspunkt eines harmonischen Stadtbildes an Grenzen.

Die Führung der Frei- und Gebäudeleitungen erfolgt über Rohrlager auf Stützen oder Sockel bzw. sie werden an vorhandenen Bauwerken befestigt.

Ein Vorteil aus betrieblicher Sicht ist die gute Zugänglichkeit für Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen.

Anforderungen an die Bauteile und Werkstoffe, Anforderungen und Empfehlungen für die Planung, die Bauausführung und den Betrieb können der Arbeitsblattreihe AGFW FW 411 entnommen werden.

Stand: 08.01.2021-Be
Bild Fernwärmeleitungen in einer Tiefgarage (Quelle: AGFW, Freileitungen im Gelände und Gebäude, 1987)
Bild Fernwärmeleitungen im Gelände (Quelle: eins energie, Chemnitz)

Bis in die 80er-Jahre des letzten Jahrhunderts wurden Fernwärmeleitungen meist in gemauerten oder aus Stahlbeton errichteten und überwiegend nicht begehbaren Kanälen verlegt.

Durch den notwendigen Platzbedarf für die Errichtung der Kanalbauwerke im urbanen Raum, die vergleichsweise langen Bauzeiten sowie die Baukosten ist die Bedeutung des Verlegesystems, auch mit dem Aufkommen der direkt erdverlegten Verlegesysteme, stark zurückgegangen. Heute werden kanalverlegte Leitungen nur noch in Ausnahmefällen ausgeführt.

Die kanalverlegten Leitungen sind von Aufbau vergleichbar zu den Frei- und Gebäudeleitungen.

Insbesondere die Fernwärmekanäle in stark befahrenen innerstädtischen Straßen weisen zunehmend Probleme mit der Standsicherheit auf. Die vor Jahrzehnten nach dem damaligen Stand der Technik errichteten Bauwerke sind nicht für die heutigen Belastungen aus z. B. Schwerlastverkehr bemessen und auch durch die ggf. ungünstigen klimatischen Bedingungen in den Kanälen geschädigt. Bei notwendigen Erneuerungsmaßnahmen werden z. B. KMR in die Kanalhüllen eingebracht oder eine neue Trasse wird parallel verlegt. Auf jeden Fall muss der Eigentümer des Kanals die Standsicherheit der Kanalhülle gewährleisten in dem dieser z. B. verfüllt oder zurückgebaut wird.

Stand: 08.01.2021-Be
Bild Kanalverlegte Fernwärmeleitungen im Haubenkanal (links) und im U-Kanal (rechts)

Fernwärmeleitungen in begehbaren unterirdischen Bauwerken, Leitungsgängen und Dükern (UBLD) bieten vergleichbar zu den Frei- und gebäudeverlegten Fernwärmeleitungen den Vorteil einer guten Zugänglichkeit für Wartung und Instandhaltung.

Der Aufbau der Fernwärmeleitungen ist vergleichbar zu den Frei- und Gebäudeleitungen bzw. zu den kanalverlegten Fernwärmeleitungen.
In den UBLD mit einem ausreichend groß konzipierten Platzangebot werden vielfach auch Leitungen anderer Ver- und Entsorgungssparten parallel zu den Fernwärmeleitungen geführt.

Vergleichsweise häufig sind UBLD in den östlichen Bundesländern anzutreffen.

Stand: 08.01.2021-Be
Bild Versorgungskanal, vorrangig für Fernwärmeleitungen und weitere Medien [Quelle: Klaus-Peter Reim, GIBA]

In den 60er- bis Mitte der 80er-Jahre des letzten Jahrhunderts wurden Fernwärmeleitungen, insbesondere mit Blick auf eine Senkung der Baukosten, auch als sogenannte Gieß- und Schüttverfahren, ausgeführt.

Die Fernwärmeleitungen wurden dazu auf einem festen Untergrund, meist als Stahlbetonplatte oder Fundamente ausgeführt, errichtet und mit Beton, Bitumen oder Perliten etc. umgossen. Systembedingte Schwachstellen führten dazu, dass diese Verlegesysteme nach kurzen Nutzungsdauern erhebliche Schäden aufwiesen und vielfach nach einigen Jahren durch andere Verlegesysteme ersetzt wurden.

Heute befinden sich nur noch geringe Trassenlängen dieser Verlegesysteme im Netzbetrieb.

Stand: 05.08.2020-Be

Praxishilfe "Fernwärmeleitungsbau - Verlegesysteme und Kosten"

Fernwärmeversorgungen sind ein wichtiger Bestandteil der Infrastruktur. Mit Blick auf die Entwicklung der Energiewende hin zur Wärmewende rücken Fernwärmesysteme immer mehr in den Fokus von Energie- und Wärmeversorgungsunternehmen.

Insbesondere in Städten und Ballungsräumen besitzen diese ein gewichtiges Potential, um die Energiewende langfristig zu unterstützen und eine klimaneutrale Versorgung mit Wärme zu gewährleisten.

Unverzichtbarer Bestandteil dieser Systeme sind die Verteilnetze. Um die notwendigen Voraussetzungen für den Aufbau einer zukunftsorientierten Fernwärmeversorgung zu schaffen, müssen vorhandene Systeme erhalten, verdichtet und ausgebaut sowie neue Potentiale erschlossen werden. Dies bedarf immenser Investitionen.

Zum wirtschaftlichen Betrieb sind neben einer erforderlichen Wärmedichte, auch die zu erwartenden Kosten zu betrachten. Dies beginnt bei der Investition, also den Verlegekosten. In Abhängigkeit von der Wahl des Verlegesystems und dem Bauumfeld könne diese enorm variieren.

Praxishilfe "Fernwärmeleitungsbau – Verlegesysteme und Kosten"​​​​​​​

Ihre Ansprechpartner zu diesem Thema sind:

Dipl. Ing. (FH) Frank Espig, f.espig@agfw.de, Tel. 069 6304-251
Dipl. Ing. Rolf Besier, r.besier@agfw.de, Tel.069 6304-346