Mit einer Instandhaltungsstrategie soll in der Regel ein strategischer Lösungsansatz für eine Vielzahl an baulichen, hydraulischen, betrieblichen und umweltrelevanten Problemen unter Berücksichtigung rechtlicher und wirtschaftlicher Zwänge gefunden werden. Zu berücksichtigen ist, dass der strategische Lösungsansatz nicht allein für den Status Quo, sondern aufgrund der Langlebigkeit der Anlagen für die nächsten 5 bis 20 Jahre Gültigkeit haben sollte.
Untersuchungen, insbesondere auch die Vorarbeiten der Kooperationspartner, zeigen, dass Prognosemodelle wirkungsvolle Werkzeuge sind, den Zustand urbaner Wasserinfrastrukturen in Hinblick auf Dichtheit, sowie Funktions- und Betriebssicherheit zu optimieren. Beispiele hierfür sind die bauliche Sanierung der Netze sowie die Entwicklung, Optimierung und Implementierung von Instandhaltungsstrategien. Übergeordnet geht es dabei immer um die (Wieder)Herstellung baulicher Substanz bzw. den langfristigen Substanzerhalt.
Die Anwendung dieser Modelle ist jedoch sehr aufwändig und insbesondere für kleinere und mittlere Netzbetreiber mit erheblichen Kosten verbunden.
Vor diesem Hintergrund ist es Ziel des Vorhabens, unter Nutzung (neu zu entwickelnder) Kennzahlen und mit den Methoden des Benchmarkings einen „Instandhaltungscheck“ für Wasserver- und Abwasserentsorgungsnetze zu entwickeln, der u.a. Substanzwert und Substanzwertentwicklung der Anlagen berücksichtigt und der Beantwortung folgender Fragen dient:
Forschung
Projekte
KURIM
Entwicklung eines Prototyps zur ressourcenschonenden Hochdruckspülung zur Reinigung von Abwasserkanälen - Ablagerungsfassung und Reinigungsmanagement
Die regelmäßige Reinigung der Abwasserkanäle gilt seit Jahrzehnten als eine der wichtigsten Aufgaben beim Betrieb städtischer Kanalisationen. Sie sichert den Entwässerungskomfort der Bürger*innen, z.B. durch Verhinderung von Geruchsbelästigungen und Verstopfungen, trägt aber auch wesentlich zum Wert-Erhalt der Netze bei, z.B. durch Verringerung von Korrosionserscheinungen.
Als Standardmethode für die Reinigung von Abwasserkanälen hat sich weltweit die Hochdruckspülung (HD-Spülverfahren) bewährt. Hauptelemente eines solchen HD-Spülverfahrens sind die eigentlichen Spül- bzw. Hochdruckdüsen, welche mit einem Spülwassereinsatz von gewöhnlich 300 bis 500 l/min bei einem Hochdruck von 60 bis 120 bar betrieben werden und das dazu passende Spülfahrzeug.
Das Gesamtkonzept zur Kanalreinigung umfasst eine steuerbare HD-Reinigungsdüse, die Entwicklung eines integrierten Sensors sowie eine Messwerterfassung samt zugehöriger Daten-Auswertungen. Das Konzept stellt eine Alternative zur konventionellen Kanalreinigung mittels HD-Spülverfahren dar und ermöglicht u.a. die Einbindung der erfassten Daten in ein Betriebsführungssystem, sodass es möglich wird, einen bedarfsgerechten Spülplan aufzustellen.
Die Konzeption und Evaluierung des bedarfsgerechten Spülplans ist damit wesentlich für den innovativen Impuls des Gesamtkonzeptes und Projektkern.
Projekttitel:
Entwicklung eines Prototyps zur ressourcenschonenden Hochdruckspülung zur Reinigung von Abwasserkanälen - Ablagerungsfassung und Reinigungsmanagement
Gesamtprojektleitung:
Prof. Dr.-Ing. Karsten Kerres
Mitarbeitende:
Dipl.-Ing. Sylvia Gredigk-Hoffmann
Dipl.-Ing. Georg Heuer
Projektpartner:
FH Aachen, Fachbereich 2 Bauingenieurwesen
Fachbereich Bauingenieurwesen
JT-elektronik GmbH, Lindau
https://www.jt-elektronik.de/de
bluemetric software GmbH, Griesheim
https://bluemetric.de/
Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft
an der RWTH Aachen (FiW) e.V., Aachen
https://www.fiw.rwth-aachen.de
Förderlinie:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand
https://www.zim.de
Laufzeit:
04.2019 - 03.2021
Georadar
Georadar - Entwicklung eines Georadar-Roboters für den Einsatz im Kanalrohr
Die Qualität der Zustandsbeschreibung einer Kanalhaltung ist die Basis für eine fundierte und nachhaltige Konzeption und Bauabnahme der Kanalinstandhaltungsmaßnahme. In Deutschland ist Stand der Technik zur Zustandserhebung im Kanal die systematische optische Inspektion, die auf Basis des Regelwerkes ausgewertet und Grundlage der weiteren Konzeption ist.
Die systemimmanente Grenze dieses Verfahrens liegt darin, dass eine Aussage hinsichtlich des statisch tragenden Boden-Rohr-Systems nicht möglich ist. Informationen über den Zustand der Kanalwandung und des umgebenden Bodens hinsichtlich Bettungsanomalien werden nicht erfasst. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes ‘Entwicklung eines Georadar Roboters für den Einsatz im Kanalrohr‘ wurden die Möglichkeiten eines Georadars direkt im Kanal untersucht, mit dem diese Informationen erfasst und zur weiteren Planung zur Verfügung gestellt werden. Das Forschungsprojekt umfasste die folgenden Aspekte:
- Entwicklung eines Georadar-Prototyps mit 360°-Messung für den Einsatz bei der Kanalinspektion
- Gerätevalidierung unter definierten Bedingungen im Testfeld, bei dem z.B. die Parameter Hohlräume, Lagerungsdichte, punktuelle Einschlüsse und sonstige Bodenanomalien erfasst werden
- Schnittstelle optische und geophysikalische Informationen durch Programmierung einer Visualisierungssoftware
- Erstellung einer Systematik für die regelkonforme Schadenskodierung der Georadardaten hinsichtlich Bodenanomalien und strukturelle Schäden am Rohr.
Projekttitel:
Entwicklung eines Georadar-Roboters für den Einsatz im Kanalrohr
Gesamtprojektleitung:
Prof. Dr.-Ing. Karsten Kerres
Mitarbeitende:
Dipl.-Ing. Georg Heuer
Projektpartner:
FH Aachen, Fachbereich 2 Bauingenieurwesen
Fachbereich Bauingenieurwesen
JT-elektronik GmbH, Lindau
https://www.jt-elektronik.de/de
Paul Schulten + Sohn GmbH & Co. KG
https://www.schulten-sohn.de
Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft
an der RWTH Aachen (FiW) e.V., Aachen
https://www.fiw.rwth-aachen.de
Förderlinie:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand
https://www.zim.de
Laufzeit:
06.2015 - 05.2019
NaSub
Nachhaltiger Substanzerhalt leitungsgebundener Infrastrukturen der Siedlungswasserwirtschaft
- Reicht das Maßnahmenbudget derzeit und zukünftig zur nachhaltigen Werterhaltung der Netze aus?
Findet derzeit oder zukünftig ein Substanzverzehr statt?
Sind umfassendere Strategiebetrachtungen zur Vermeidung von Substanzverzehr erforderlich?
Kennzahlen(funktionen) und deren Integration in Benchmarkingsysteme erlauben es Netzbetreibern zudem, die Instandhaltung kommunaler Wasserversorgungs- und Abwasserentsorgungsnetze in Hinblick auf Nachhaltigkeit zu bewerten. Entsprechend können erforderliche betriebliche Maßnahmen identifiziert und umgesetzt werden.
Projekttitel:
Nachhaltiger Substanzerhalt leitungsgebundener Infrastrukturen der Siedlungswasserwirtschaft
Gesamtprojektleitung:
Prof. Dr.-Ing. Karsten Kerres
Mitarbeitende:
Dipl.-Ing. Angela Funke-Kleinken
Dipl.-Ing. Sylvia Gredigk-Hoffmann
Projektpartner:
FH Aachen, Fachbereich 2 Bauingenieurwesen
Fachbereich Bauingenieurwesen
S & P Consult GmbH, Bochum
www.stein.de
aquabench GmbH, Niederlassung Hamburg
www.aquabench.de
SWO Netz GmbH - Asset Management, Osnabrück
www.swo-netz.de
Förderlinie:
Deutsche Bundesstiftung Umwelt
https://www.dbu.de/
Laufzeit:
12.2018 - 11.2020
SubKanS
Entwicklung eines Standards zur Bewertung und Klassifizierung der baulichen Substanz von Abwasserkanälen und Schächten
Die Entwässerungssysteme unserer Städte und Gemeinden stellen aufgrund des enormen Bauvolumens den wesentlichen Anteil des kommunalen Anlagevermögens dar. Um im Sinne des Generationenvertrages die bauliche Substanz dieser Netze auch langfristig erhalten zu können, streben Netzbetreiber zunehmend nachhaltige Sanierungsstrategien an.
Voraussetzung hierfür ist eine Methodik zur Erfassung und Beurteilung von baulicher Substanz, Substanzwert oder Abnutzungsvorrat einer Kanalhaltung bzw. Schachtes. Dafür müssen ingenieurtechnische Beurteilungen zu oftmals komplexen Schadensbildern und Rahmenbedingungen in transparente Rechenalgorithmen umgesetzt und in Form einer Substanzklasse zusammengefasst werden.
In der Praxis existieren derzeit jedoch verschiedene Ansätze, bauliche Substanz, Substanzwert oder Abnutzungsvorrat von Kanalhaltungen zu ermitteln. In der Folge gibt es kein einheitliches Verständnis der Substanzklasse. Es besteht damit erheblicher Bedarf, diese Ansätze zu beschreiben und zu einem standardisierten Verfahren zusammenzuführen.
Ziel von SubKanS ist die Entwicklung eines einheitlichen und praxisrelevanten Verfahrens zur Substanzklassifizierung für Kanalhaltungen und Schächte mit folgenden Eigenschaften:
- Die Methodik zur Substanzklassifizierung weist Analogien zur Methodik der Zustandsklassifizierung gemäß DWA M-149-3 auf.
- Die Methodik passt sich Anforderungen an Praxistauglichkeit (verfügbare Daten) und Robustheit (unempfindlich gegenüber Datenqualitätsschwankungen) an.
- Die Methodik wird auch in Hinblick auf die Umsetzung einer Mehrspartenstrategie entwickelt und kann spartenübergreifend angepasst werden.
- Das Ergebnis der Substanzklassifizierung gibt Rückschlüsse auf technisch sinnvolle Sanierungshauptverfahren und zu erwartende Sanierungskosten.
Projekttitel:
Entwicklung eines Standards zur Bewertung und Klassifizierung der baulichen Substanz von Abwasserkanälen und Schächten
Gesamtprojektleitung:
Prof. Dr.-Ing. Karsten Kerres
Mitarbeitende:
Dipl.-Ing. Angela Funke-Kleinken
Dipl.-Ing. Sylvia Gredigk-Hoffmann
Mustafa Sariyildiz M.Eng.
Projektpartner:
FH Aachen, Fachbereich 2 Bauingenieurwesen
Fachbereich Bauingenieurwesen
HS Magdeburg Stendal, Fachbereich Siedlungswasserwirtschaft/Infrastrukturentwicklung
www.hs-magdeburg.de
Kompetenzzentrum Wasser Berlin gGmbH
www.kompetenz-wasser.de
S & P Consult GmbH, Bochum
www.s-u-p-consult.de
Franz Fischer Ingenieurbüro GmbH, Erftstadt
www.fischer-teamplan.de
Dr.-Ing. Pecher und Partner Ingenieurgesellschaft mbH, Berlin
www.pecherundpartner.de
3S Consult GmbH, Garbsen
www.3sconsult.de
SiwaPlan Ingenieurgesellschaft mbH, München
www.siwaplan.de
hanseWasser Bremen GmbH, Bremen
www.hansewasser.de
Gelsenwasser AG, Gelsenkirchen
www.gelsenwasser.de
Förderlinie:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
WIPANO - Wissens- und Technologietransfer durch Patente und Normen
https://www.innovation-beratung-foerderung.de/INNO/Navigation/DE/WIPANO/wipano.html
Laufzeit:
01.2019 - 12.2020
kobahS
Strategien zur langfristigen und koordinierten baulichen und hydraulischen Sanierung von Entwässerungssystemen
kobahS
Der Klimawandel sowie die städtebauliche Entwicklung (Flächenversieglung) stellen eine zunehmende Herausforderung an das Entwässerungssystem dar. Einige Folgen werden schon heute – unter anderem in Form von lokalen Überflutungsereignissen – mit zunehmender Häufigkeit deutlich. Fallspezifische Anpassungen der Entwässerungssysteme werden daher zukünftig, z.B. durch hydraulische Sanierungen, Umstrukturierungen der entsprechenden (Teil)netze oder Flächenabkopplungen notwendig werden. Daneben begründet die veranschlagte Nutzungsdauer von rund 50 bis 100 Jahren für Entwässerungssys-teme bei einem derzeitigen durchschnittlichen Alter dieser von ca. 50 Jahren, sowie Schäden, die auf Baumängel, betrieblichen Einflüssen oder Verkehrslasten zurückzuführen sind, einen aktuellen sowie zukünftigen baulichen Sanierungsbedarf.
Zu empfehlen ist die Entwicklung einer langfristigen Sanierungsstrategie, die aufgrund ökologischer und ökonomischer Erwägungen, im Sinne der DIN EN 752, bauliche und hydraulische Aspekte gleichermaßen berücksichtigt und damit geeignet ist, Vermögensverzehr an Abwasseranlagen aufgrund nicht sachge-rechter Sanierungsentscheidungen zu minimieren.
Bislang können zukünftige hydraulische Belastungen von Abwasseranlagen bei der Erstellung langfristi-ger (baulicher) Sanierungsstrategien aus verschiedenen Gründen keine Berücksichtigung finden: weder existieren für die Bewertung der zukünftigen hydraulischen Belastung und damit verbundener Überflu-tungsgefahren validierte Bewertungskriterien, noch existieren Prognoseverfahren, die eine Abschätzung der zukünftig zu erwartenden Überflutungsrisiken bzw. deren zeitliche Entwicklung ermöglichen.
Motivation von kobahS ist daher vor allem eine bessere Abstimmung baulicher und hydraulischer Sanie-rungsüberlegungen. Hierfür sollen allgemein anwendbare Methoden und Handlungsempfehlungen zur Entwicklung langfristiger hydraulischer Sanierungsstrategien und deren Verschmelzung mit langfristigen baulichen Sanierungsstrategien zu einem konkreten Ansatz entwickelt werden. Mit den entwickelten Methoden, einfach anzuwendenden Kenngrößen und den zugehörigen Schwell- und Warnwerten sollen Netzbetreiber in die Lage versetzt werden, ein integrales langfristiges Sanierungskonzept zu erarbeiten und bspw. im Generalentwässerungsplan (GEP) darstellen zu können.
Projekttitel:
Strategien zur langfristigen und koordinierten baulichen und hydraulischen Sanierung von Entwässe-rungssystemen
Gesamtprojektleitung:
Prof. Dr.-Ing. Karsten Kerres
Mitarbeitende:
Dipl.-Ing. Sylvia Gredigk-Hoffmann
Thomas Breuer, M.Sc.
Amin Marvani
Projektpartner:
Stadt Bochum – Tiefbauamt, Abteilung Entwässerung und Gewässer
dr. papadakis GmbH
Förderlinie:
„Ressourceneffiziente Abwasserbeseitigung NRW“, Förderbereich 6 „Forschung- und Entwicklungspro-jekte zur Abwasserbeseitigung“
Laufzeit:
03.2020 - 02.2022
Schwerpunkte
Im Lehr- und Forschungsgebiet "Netzmanagement" werden u. a. Untersuchungen zu Planung, Bau und Betrieb leitungsgebundener unterirdischer Infrastrukturen durchgeführt.
Ein besonderer Schwerpunkt ist dabei die Instandhaltung von Entwässerungssystemen mit folgenden Themen:
Zustandserfassung und Zustandsbewertung von Kanalisationen
- Optische Inspektion
- Georadar
Strategisches Instandhaltungsmanagement
- Prognosegestützte Sanierungsstrategien
- Wassersensible Stadtentwicklung
Optimierungen im Kanalbetrieb
- Kanalreinigung
- Energieeffizienz von Abwasseranlagen und Abwasserwärmenutzung