Leitungsnetze sind Lebensadern

Elemente der technischen Infrastruktur eines Landes sind neben dem Verkehr und der Kommunikation die Ver- und Entsorgung. Dabei stehen hauptsächlich die Wasser-, Gas-, Strom- und Fernwärmeversorgung sowie die Abwasserentsorgung im Mittelpunkt. Die Elemente der technischen Infrastruktur müssen aufgrund ihrer geplanten Langlebigkeit permanent an wandelnde Randbedingungen angepasst werden. Dazu gehören Veränderungen von sozial-ökonomischen Rahmenbedingungen, wie z.B. dem demografischen Wandel, ebenso wie Veränderungen der Gefahrenlagen in Form wetterbedingter Extremereignisse und anthropogene Gefahren wie Havarien und menschliches und technisches Versagen.

Der Tief- und Rohrleitungsbau bildet die Voraussetzung für eine funktionierende Stadttechnik. Dabei sind Erfordernisse der Wasserversorgung, der Entwässerung, der Gas- und Fernwärme genauso einzubeziehen wie die Schaffung neuer Strom- und Kommunikationsnetze. Neben dem Neubau von Infrastrukturen sind vorhandene Netze zu ertüchtigen und an demografische, technische und wirtschaftliche Gegebenheiten anzupassen. Um die Effektivität der Netzerweiterung und -verdichtung zu erhöhen und die Restnutzungsdauer von Leitungen durch Sanierung zu verlängern, beschäftigen sich Wissenschaftler des IAB mit neuen Lösungen für den Tief- und Rohrleitungsbau.

Sanierung

Mit der Feststellung des Zustandes der Leitungen sind entsprechende Entscheidungen zum weiteren Betrieb zu treffen. Bei entsprechendem Schädigungsgrad sind nachhaltige Festlegungen zur Reparatur, Sanierung oder Erneuerung der Leitung zu treffen.

Allein beim Abwasser liegt der Bedarf an kurz oder mittelfristiger Sanierung bei ca. 20 Prozent. Bei anderen Medien und im Bereich der Verkehrswege verhält es sich ähnlich. Daraus ableitend bearbeitet das IAB verschiedenartige Themen und entwickelt vorrangig Lösungen für die Leitungssanierung wie strukturierte Liner oder vorkonfektionierte Schachtliner für Abwassernetze und Liner für den Gas- und Wasserbereich. Um die Sanierung nachhaltig zu gestalten, werden dabei auch Naturfasern und mineralische Baustoffe eingesetzt.

Ebenfalls sind Themen der Sanierung von Rohren mit mineralischen Baustoffen sowie der nachträgliche Korrosionsschutz von Leitungen auf der Agenda.

WBM-Weimarer Bodenmörtel ®

Selbstverdichtende Verfüllmaterialien thematisieren ein weiteres Tätigkeitsfeld. Erdarbeiten sind stark kostenwirksam und bestimmen in ihrer qualitativen Ausführung die Lebensdauer der Leitungen. Forschungen am WBM-Weimarer Bodenmörtel® sichern noch heute erhebliche Einsparungen in der Bauausführung, eine hohe Qualität bei der Leitungsverlegung und die dauerhafte Standsicherheit der Oberflächenbefestigung.

Qualitätskontrolle

Für nachhaltige Netze mit langer Lebensdauer spielt die Qualitätskontrolle im Tiefbau eine große Rolle. Auf dem Prüfstand stehen Fügetechniken und neue Verdichtungsverfahren. Für die Erweiterung und den Neubau von Netzen werden selbstregulierende und lernende Armaturen und Regeleinrichtungen benötigt, um Leistungsfähigkeit und Flexibilität entsprechend beeinflussen zu können. Ebenfalls sind neuartige Verdichtungsnachweise und Inspektionsmöglichkeiten in und um das Rohr Themen der IAB-Forschung.


Innovationen für die Infrastruktur

Zukünftige Forschungsaktivitäten werden sich der Erneuerung, Sanierung und Verdichtung von Infrastrukturnetzen widmen. Zielstellungen sind dabei

  • die Erhöhung der Effizienz der Netze und deren Flexibilität sowie
  • die Erhöhung der Wirtschaft lichkeit mit dem Ziel der Schonung von Ressourcen.

In diesem Zusammenhang werden Projekte im Bereich der Linertechnologie mit nachwachsenden einheimischen Rohstoffen sowie der nachträglichen Ertüchtigung, z. B. mit einem kathodischen Korrosionsschutz, mittels Kunststoffliner durchgeführt.

Bewertung und Begrenzung von Abwasserinhaltsstoffen

Eine große Herausforderung für weitere Forschungsaktivitäten ist der Tatsache geschuldet, dass der Wasserverbrauch in Deutschland kontinuierlich sinkt und die Konzentration von Verunreinigungen im Abwasser steigt. Zukünftig wird der Bewertung und Begrenzung von Abwasserinhaltsstoffen mehr Beachtung zu schenken sein. Im Fokus der Forschungsaktivitäten stehen daher automatisierte Systeme, die den BSB5 des gereinigten Abwassers in Kleinkläranlagen kontinuierlich messen und die gewonnenen Daten per Fernübertragung an Anlagenbetreiber, Wartungsunternehmen oder Behörden weiterleiten. Des Weiteren werden Prüfverfahren entwickelt, um die Zerfallsfähigkeit von Vliesstoffen im Abwasser zu kontrollieren.

Rückgewinnung von Wärme aus Abwasser

Einen weiteren Schwerpunkt der Forschungsarbeiten nimmt die Rückgewinnung von Wärme aus Abwasser, insbesondere im Bereich nicht begehbarer Rohrleitungen, ein. Dabei stehen Anlagen im Mittelpunkt, die das Wärmepotential direkt aus dem Abwasser oder dem System Boden-Kanal nutzen. Neben erdverlegten Systemen werden auch Lösungen für die Nutzung der Abwasserwärme in Gebäuden entwickelt.

Regelvorrichtungen

Langjährige Erfahrungen zur Abwasserwärme-Rückgewinnung unter Verwendung der Wärmepumpentechnik haben auch die Forschung und Entwicklung rund um Regelvorrichtungen, die anhand der physikalischen Eigenschaften des Wärmeträgerfluides Einfluss auf die Wärmeentnahme einzelner Kollektoren oder Sonden nehmen, vorangetrieben.


Bionische Forschungsansätze

Die Bionik untersucht systematisch Konstruktionen, Verfahren und Evolutionsprinzipien biologischer Systeme und entwickelt technische Lösungen für deren Umsetzung und wirtschaftliche Nutzung. Dabei geht es nicht um das Kopieren einer Form, sondern um die Übertragung eines in der Natur bewährten Prinzips.

Entwicklung von Strukturkonzepten

Angeregt durch Forschungsarbeiten zu Flügeladern von Insekten entwickeln wir Strukturkonzepte für die Innenwandung von Rohrleitungen, um Sedimentationsprozesse zu unterbinden und den Flüssigkeits- und Feststofftransport in Rohrleitungen gezielt zu beeinflussen. Dazu werden Lösungen zur Erzeugung künstlicher Wirbel in wandnahen Zonen zum Abtrag von Feststoffen bzw. zur Verhinderung einer erneuten Sedimentation erarbeitet.

Strömungs- und Inspektionstechnik

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt beinhaltet die Analyse von Konstruktionen aus der Natur, um technische Ausrüstungen und Geräte, wie beispielsweise Strömungswächter oder Transport- und Inspektionstechnik, zu optimieren.

Weitere Themenstellungen

Im Fokus der Forschungsarbeiten stehen weiterhin Themenstellungen wie die:
• Erschließung von Innovationspotenzialen der Natur für die Optimierung von Rohrleitungen
und Leitungssystemen
• Verringerung der Umlenk- bzw. Reibungsverluste in Rohrkomponenten
• Optimierung der Funktionsweise von Schließelementen
• Sensorentwicklung zur Zustandserfassung von Rohrmaterialien
• Optimierung von Trag- und Oberflächenstrukturen
• Erhöhung des Potenzials zur Schadstoffreduzierung
• Selbstreinigung von Oberflächen
• Nutzung regenerativer Energien und
• Regulierung des Gebäudeklimas

Energieminimierung

Besondere Aufmerksamkeit gilt der Energieminimierung – einer grundlegenden Evolutionsstrategie. Die Umsetzung dieses Prinzips eröffnet ein immenses Forschungs- und Entwicklungspotenzial für zukunftsweisende nachhaltige Lösungen.


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