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Entwicklung einer Methode zur ressourceneinsparenden und CO2-reduzierenden Weiterverwendung von Rotorblättern im Infrastrukturbereich, Teilvorhaben: Entwicklung innovativer Lärmschutzwände aus segmentierten Rotorblättern

Abwasserbeseitigung

Die abwassertechnische Erschließung der Siedlungsgebiete Berlins ist ein Investitionsschwerpunkt der Berliner Wasserbetriebe in den nächsten Jahren. Zurzeit sind ca. 98 % der Grundstücke in den Siedlungsgebieten an die öffentliche Kanalisation angeschlossen. In den nichtkanalisierten Gebieten wohnen ca. 56.000 Einwohner, davon in Wasserschutzgebieten rund 31.000 Einwohner. Die Erschließungsplanung sieht vor, unter Beachtung wirtschaftlicher Belange alle zusammenhängenden gemeindlichen Siedlungsgebiete Berlins in den Trinkwasserschutzzonen und im Urstromtal weitestgehend mit einer zentralen Schmutzwasserkanalisation zu versehen. Für einzelne Siedlungsgebiete, die kurz- bis mittelfristig aus wirtschaftlichen Gründen nicht mit einer Kanalisation ausgestattet werden können, sind individuelle Maßnahmen mit gleichem Umweltschutzniveau nachzuweisen. Sofern in Gebieten ohne Kanalisation der Berliner Wasserbetriebe Abwässer anfallen, sind diese in Abwassersammelanlagen mit abflusslosen Abwassersammelbehältern zu sammeln und durch zugelassene Abfuhrunternehmen ordnungsgemäß zu entsorgen. Eine Abwassersammelanlage besteht aus dem Abwassersammelbehälter und der Abwasserzuleitung sowie ggf. einer Abwasserableitung mit Ansaugstutzen für die mobile Entsorgung. Zulässig sind nur dichte monolithische Behälter aus Kunststoff oder wasserundurchlässigem Beton, die für diesen Verwendungszweck hergestellt werden. Abwassersammelbehälter aus Kunststoff sind ‘nicht geregelte Bauprodukte’, die gemäß § 18 Bauvereinfachungsgesetz (BauVG Bln) einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung durch das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) bedürfen. Die in den Zulassungen festgelegten Einbauvorschriften und Bestimmungen für die jeweiligen Behälter müssen sorgfältig beachtet und eingehalten werden. Für einen neuen monolithischen Abwassersammelbehälter aus Beton ist dann keine Zulassung des DIBt erforderlich, wenn es sich um ein tragendes Fertigteil aus Beton oder Stahlbeton nach Bauregelliste A, Teil 1, lfd. Nr. 1.6.1, DIN 1045 oder DIN V ENV 1992-1-3 handelt, das von einer für dieses Bauprodukt bauaufsichtlich anerkannten Zertifizierungs- und Überwachungsstelle nach dieser Bauregelliste zertifiziert und überwacht wird. Als Werkstoff muß wasserundurchlässiger Beton der Fertigungsklasse B 35 oder höher verwendet werden. Wasserbehördliche Genehmigungen für die Errichtung von Abwassersammelanlagen sind gemäß § 38 Abs. 1, Ziff. 2 Berliner Wassergesetz (BWG) nur noch dann erforderlich, wenn der tägliche Abwasseranfall im Jahresdurchschnitt über 8 m³ liegt. Vorhandene Abwassersammelbehälter aus Betonschachtringen oder stabilem Mauerwerk können auch mit Innenhüllen aus Kunststoff oder eingepassten Kunststoffbehältern nachgerüstet werden. Die für diese Sanierungsverfahren zugelassenen Werkstoffe bedürfen einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung durch das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) und müssen von Fachbetrieben verarbeitet werden. Von Sanierungen in Eigenregie ist daher Abstand zu nehmen. In Kleingartenanlagen sind, um eine Vielzahl von Einzelanlagen zu vermeiden, zentrale Sammelanlagen oder ein Anschluss an die Kanalisation anzustreben. Die Pflicht zur Durchführung von Dichtheitsprüfungen ergibt sich entweder aus den Wasserschutzgebietsverordnungen oder aus den Pachtverträgen. Liegt das Grundstück nicht im Wasserschutzgebiet und besteht auch keine vertragliche Verpflichtung zur Durchführung von Dichtheitsprüfungen, gilt folgendes: Bei neuen Abwassersammelbehältern mit Zulassung durch das DIBt muss aus der Gewährsbescheinigung bzw. dem Einbauzertifikat hervorgehen, dass die neue Abwasseranlage – die Rohrleitungen und der Sammelbehälter – vor Inbetriebnahme entsprechend DIN 1986 Teil 30, DIN EN 1610 sowie DIN EN 12566-1 auf Dichtheit überprüft worden ist. Bei sanierten Abwasseranlagen und solchen, die in Eigenleistung errichtet wurden, sind Überprüfungen der Dichtheit durch Sachverständige erforderlich, um die Dichtheit der Anlagen nachweisen zu können. Sachverständige müssen entweder von der Industrie- und Handelskammer bzw. der Handwerkskammer bestellt oder Mitglied der “Gütegemeinschaft Herstellung und Instandhaltung von Entwässerungskanälen und -leitungen” sein oder eine vergleichbare Qualifikation aufweisen und diese durch externe Kontrollmaßnahmen sicherstellen. Eine vergleichbare Qualifikation weisen Firmen auf, die bei einer Handwerkskammer eingetragene Meisterbetriebe für das “Installations- und Heizungsbauerhandwerk” sind und durch externe Kontrolle, z.B. durch den TÜV oder eine andere Überwachungsgemeinschaft regelmäßig überprüft werden (ein Überwachungsvertrag bzw. ein entsprechendes Zertifikat muss vorhanden sein). Die ordnungsgemäße Durchführung der Dichtheitsprüfungen muss nach den DIN-Normen DIN 1986-30 und DIN EN 1610 sowie DIN EN 12566-1 erfolgen und in einem Dichtheitsgutachten dokumentiert werden. Ausschlaggebend für die Dichtheitsgutachten sind die Prüfprotokolle. Aus diesen Protokollen müssen die Art der Prüfungen und die zutreffenden Parameter wie z.B. bei der Prüfung mit Wasser – Material, Durchmesser der Rohrleitungen, Haltungslängen, benetzte Flächen, Volumen und Füllmengen, zulässige Wasserzugabe, gemessene Wasserzugabe und Prüfdauer – ersichtlich sein Wasserschutzgebiete dienen dem Schutz der Wasservorkommen, die von der öffentlichen Wasserversorgung zur Gewinnung von Trinkwasser genutzt werden. Sie sind nach Gefährdungsgrad in die Schutzzonen II bis III B eingeteilt. Die Vorschriften der Wasserschutzgebietsverordnungen regeln diese besonderen Anforderungen an den Grundwasserschutz. Beim Bau und Betrieb von Abwassersammelanlagen in diesen Gebieten werden erhöhte Anforderungen an die Sicherheit gestellt. Besonders hervorzuheben ist, dass die Abwassersammelanlagen in der Schutzzone II grundsätzlich doppelwandig oder mit einem technisch gleichwertigen Sicherheitsstandard auszugestalten sind. Außerdem ist die Dichtheit der Anlagen durch Sachverständige auf Kosten der Betreiber bei Errichtung, Erweiterung oder wesentlicher Änderung und danach wiederkehrend in Abständen von fünf Jahren zu überprüfen. Die für den Einsatz in den Schutzzonen II und III A vorgesehenen Abwassersammelbehälter aus Kunststoff mit einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung vom Deutschen Institut für Bautechnik müssen im Werk als Ganzes (Monolith) für diesen Verwendungszweck hergestellt worden sein, d. h., Behälter in zweiteiliger Bauweise sowie Behältersysteme sind nicht zulässig. Für Fragen stehen die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der bezirklichen Umwelt- und Naturschutzämter sowie die Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt – Kleingärten – Tel.: (030) 9025-1657 oder Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt – Wasserbehörde – Tel.: (030) 9025-2005 (Sekretariat) zur Verfügung.

Transregio (TRR) 280: Konstruktionsstrategien für materialminimierte Carbonbetonstrukturen - Grundlagen für eine neue Art zu bauen; Transregio (TRR 280): Design Strategies for Material-Minimised Carbon Reinforced Concrete Structures - Principles of a New Approach to Construction, Transregio (TRR) 280: Konstruktionsstrategien für materialminimierte Carbonbetonstrukturen - Grundlagen für eine neue Art zu bauen

Neue Materialien ermöglichen neue Bauformen und Konstruktionsarten. Was so einfach klingt, ist in der Realität oft ein langer, mühsamer und nicht selten mit Irrtümern gepflasterter Weg. Im Bauwesen dauern Innovationsprozesse aufgrund hoher Anforderungen an Sicherheit und Dauerhaftigkeit und wegen aufwändiger Normungs- und Zulassungsverfahren besonders lange. Dies gilt auch und insbesondere für leistungsfähige Baustoffkombinationen wie Textil- und Carbonbeton, die einen Paradigmenwechsel oder gar eine Revolution im Bauen mit Beton, dem weltweit mengenmäßig wichtigsten Baustoff, mit sich bringen werden. Mit diesen Baustoffkombinationen können gleichzeitig der enorme Ressourcenverbrauch und der CO2-Ausstoß der Bauindustrie wesentlich verringert, aber auch zusätzliche Funktionen erschlossen werden. Erste Bauprojekte mit den neuen Materialien verdeutlichen aber zugleich, dass zunächst weiterhin nach traditionellen, dem Stahlbeton entlehnten Konstruktionsprinzipien gebaut wird, herkömmliche Materialien also lediglich substituiert werden. Erst in Verbindung mit intelligenten Konstruktionsstrategien wird das volle Potential des innovativen Werkstoffs Carbonbeton ausgenutzt. Baustoffgerechte Methoden für das Entwerfen, Modellieren und Konstruieren mit neuen Werkstoffen bedürfen einer tiefergehenden Grundlagenforschung. Um vorhandene traditionelle Entwurfsprinzipien zu hinterfragen, gegenseitige Abhängigkeiten von Materialien zu begreifen und darauf aufbauend eine neue Entwurfs- und Konstruktionsstrategie zu etablieren, ist ein umfassender und ganzheitlicher Ansatz nötig. Nur so können neue, dem innovativen Hochleistungswerkstoff Carbonbeton gerechte Leichtbauprinzipien erarbeitet werden. Zentrale Ideengeber für Bauelementgeometrien sind dabei sowohl die Biologie, hier vor allem Botanik, als auch weitere Fachbereiche wie etwa Mathematik und Kunst. Angestrebt werden Konstruktionsformen aus mineralischen Kompositen, die Kräfte überwiegend durch Normalspannungen abtragen und mit neuen, industriellen, maschinengestützten Fertigungsmethoden hergestellt werden. Die als zielführend erkannten Konstruktionsstrategien ermöglichen eine vollkommen andere Formensprache. Dabei ist die Entwicklung neuartiger Strukturen eng verknüpft mit Fragen der Herstellbarkeit unter Berücksichtigung einer begleitenden produktbezogenen Nachhaltigkeitsbewertung. Losgelöst von heutigen, etablierten Denkmustern sollen die Grundlagen für eine neue Form des Bauens mit Beton auf Basis tiefgreifender Erkenntnisse zum strukturmechanischen Verhalten neuartiger mineralisch basierter Strukturen geschaffen werden. Die neuen Konstruktionsstrategien und Werkstoffkombinationen reduzieren Ressourcen- und Energieverbrauch durch bisher unbekannte Leichtbauprinzipien bei gleichzeitig hoher Gebrauchstauglichkeit, Tragsicherheit und Dauerhaftigkeit und spiegeln sich auch in einer anspruchsvollen Ästhetik wider, die sich zu einer neuen ' Kunst des Bauens' entwickeln wird.

Wärmespeicher für moderne Gebäude - Wohlfühlen und Geldsparen für die Wärmewende

Zielsetzung: Kaufentscheidungen werden zunehmend von Nachhaltigkeitsgedanken beeinflusst. Bei Gebäuden ist eine nachhaltige Entscheidung eine Entscheidung gegen Stahl und Beton, denn diese Baustoffe verursachen bereits bei der Gewinnung nicht vertretbare Mengen an CO2 (500-800kg CO2 /m² bei Massivbauten (DGNB)). Zudem sind sie nicht oder nur eingeschränkt recyclingfähig. Trotzdem fällt es vielen Kund:innen nach wie vor schwer in dieser „Once in a lifetime“-Entscheidung die ökologische Alternative, wie z. B. die Holzbauweise, zu wählen. Ein Grund sind die thermischen Eigenschaften solcher Leichtbauten. Die MELT-Ing GmbH ist eine Ausgründung der Hochschule Mannheim. Die Gründer forschen schon seit 10+ Jahren an Wärmespeicherlösungen. Das Produkt der jungen Firma sind sogenannte MELT-Plates. Das sind dünne und frei skalierbare Wärmespeicherplatten auf Basis von Phasenwechselmaterialien (PCM) die für den Einsatz in Gebäuden in ökologischer Leichtbauweise optimiert wurden. Sie können im Neubau oder bei Dachsanierungen in die Gebäudestruktur integriert werden und speichern in 1,2 cm die gleiche Wärmemenge wie eine 20 - 30 cm Betonwand. - Im Sommer bieten sie einen passiven Überhitzungsschutz - in den Übergangszeiten werden Schwankungen durch passive Pufferung reduziert und damit die Heizperiode verkürzt - im Winter ermöglichen sie Flexibilität für moderne Heizsysteme mit Wärmepumpen und erneuerbarem Strom Die Zielgruppe sind in erster Linie Hersteller:innen von Gebäuden in Leichtbauweise - zum Beispiel Holzfertighausbau, Modulbau, serielles Sanieren, temporäre Bauten - Unternehmergruppen auf die Trends effiziente serielle Vorfertigungen und ökologische Baumaterialien aufsetzen. Die MELT-Ing hat sich zum Ziel gesetzt die Wärme- und Bauwende als größte Hebel der Transformation gleichzeitig zu adressieren. Die größten Herausforderungen für das Startup sind neben langen Entscheidungsprozessen und unterschiedlichen Interessen verschiedener Akteure die aufwendige Zertifizierung neuer Bauprodukte und die Integration ihres Produktes in etablierte Gebäudekonstruktionen.

Geohydraulische und Geotechnische Optimierung von Fischaufstiegsanlagen

Das Ziel des FuE-Vorhabens ist die Erarbeitung von Leitlinien für geohydraulische und geotechnische Optimierung von Fischaufstiegsanlagen. Dafür werden abgeschlossene und laufende Ausbauvorhaben von FAA ausgewertet und zum Beispiel die Notwendigkeit einer Betonsohle untersucht. Aufgabenstellung und Ziel Die ökologische Durchgängigkeit ist bei den staugeregelten Flüssen der Bundeswasserstraßen durch ca. 250 Staustufen mit Stauhöhen bis ca. 10 m unterbrochen. Diese stellen für wandernde Fische und das Makrozoobenthos unüberwindbare Hindernisse dar. Um die Passierbarkeit flussaufwärts zu gewährleisten, ist an vielen Staustufen der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) die Errichtung von Fischaufstiegsanlagen (FAA) vorgesehen. Fischaufstiegsanlagen können entweder als Raugerinne oder in Form von aufeinanderfolgenden Becken konstruiert werden. Seitens der BAW empfohlene Bautypen sind fischpassierbare Raugerinne sowie Schlitzpässe, die zu den beckenartigen FAA zählen. Bei Schlitzpässen wird der insgesamt zu überwindende Höhenunterschied durch einen vertikal durchgehenden Schlitz in den Trennwänden der einzelnen Becken in kleine Wasserspiegeldifferenzen eingeteilt, die der Fisch überwinden kann (DWA-M 509 2014). Die Becken von Schlitzpässen werden i. d. R. in Massivbauweise als Trog mit geschlossener Betonsohle sowie Betonwänden erstellt. Schlitzpässe können, im Gegensatz zu fischpassierbaren Raugerinnen, bei Bedarf zumindest abschnittsweise als platzsparendes Kompaktbauwerk mit Wendelungen hergestellt werden (DWA-M 509 2014). Deshalb werden, insbesondere bei einem nachträglichen Einbau an bestehenden Querbauwerken, bei beengten Platzverhältnissen und bei großen Höhenunterschieden häufig Schlitzpässe geplant. Erforderliche Maßnahmen zur Erbringung von Tragfähigkeits-, Gebrauchstauglichkeits- und Dauerhaftigkeitsnachweisen der FAA als Schlitzpass in Massivbauweise nach DIN 19702:2013-02, eine gegebenenfalls notwendige Auftriebssicherung der Baugruben- und Beckensohlen sowie die daraus resultierende Menge an zu verbauendem Stahlbeton führen zu einem hohen Aufwand und hohen Kosten für die Errichtung der Anlagen. Deshalb sollen Material- und Ausführungsalternativen bei den Beckenwänden und Trennwänden sowie der Gestaltung der Beckensohlen untersucht werden, durch die eine Aufwands- und Kosteneinsparung ermöglicht werden kann. Der Schwerpunkt soll auf der Verwendung einer offenen Sohle in der FAA anstelle einer Trogbauweise mit Betonsohle liegen. Das Ziel der Untersuchung ist die Ableitung von maßgebenden Rahmenbedingungen, die für die Umsetzung der alternativen Bauweisen wichtig sind. Dabei soll herausgearbeitet werden, unter welchen hydraulischen, geohydraulischen, geotechnischen und bautechnischen Randbedingungen sich Bauweisen mit offener Sohle als geeignet erweisen und welche Vor- bzw. Nachteile sich aus den Bauweisen ergeben. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Die Erhaltung und Wiederherstellung der ökologischen Durchgängigkeit an Fließgewässern zählt zu den bedeutenden Umweltzielen der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL). Zur Umsetzung der Vorgaben der EU-WRRL ist zur Herstellung der flussaufwärts gerichteten Durchgängigkeit die Erstellung von Fischaufstiegsanlagen an den Staustufen der staugeregelten Flüsse der Bundeswasserstraßen vorgesehen. Das Vorhaben ist darauf ausgelegt, Möglichkeiten zur Reduzierung des Bau- und ggf. Unterhaltungsaufwandes der als Schlitzpässe erstellten FAA zu untersuchen und wenn möglich die wirtschaftliche Bauweise und Ökologie der FAA zu steigern.

Bauteilermüdung von Windenergieanlagen aus Stahlbeton und Spannbeton unter hochzyklischer Beanspruchung

Ein zentraler Baustein für die Reduktion von Treibhausgasemissionen ist der Ausbau der erneuerbaren Energien, wobei die Windenergie eine tragende Rolle einnimmt. Dabei ist nicht nur die effiziente Funktionsweise der Windenergieanlage von Bedeutung, sondern auch die ressourceneffiziente Herstellung der Turmstrukturen. Die im vorangegangenen Verbundforschungsvorhaben WinConFat (FKZ 0324016) umfangreichen durchgeführten Ermüdungsuntersuchungen an normal- und hochfestem Beton waren auf die Materialebene ausgerichtet. Jedoch werden von den regelwerksgebenden Gremien zusätzliche, über die reinen Materialuntersuchungen hinausgehende, Analysen an Bauteilen verlangt. Im hier beantragten Teilvorhaben des Verbundvorhabens 'WinConFat-Structure' wird diese noch ausstehende Übertragung der Ergebnisse von der Materialebene auf die Bauteil- bzw. Bauwerksebene adressiert. Dabei liegt der Schwerpunkt auf drei Arbeitspaketen. Im ersten Forschungsschwerpunkt wird sich mit dem Einfluss der Bewehrung auf die Ermüdungsfestigkeit bei überdrückten Bauteilen befasst. Der zweite wesentliche Forschungsschwerpunkt liegt in der Betrachtung des Ermüdungsverhaltens von trockenen Bauteilfugen. Hierzu sollen systematische experimentelle und numerische Untersuchungen durchgeführt werden, um den Einfluss von ermüdungsbeanspruchten horizontalen und vertikalen Fugen in Windenergieanlagen auf das Tragverhalten zu analysieren. Im dritten Forschungsschwerpunkt soll eine stochastisch begründete Auswertung des Ermüdungsverhaltens von druckschwellbeanspruchtem Beton durchgeführt werden, um daraus eine Optimierung des bestehenden Sicherheitskonzepts anzustreben. Aus allen drei Forschungsschwerpunkten sollen am Ende des beantragten Vorhabens Empfehlungen für Bemessungskonzepte hinsichtlich der jeweiligen Schwerpunkte entstehen. Durch die Einbindung des DAfStb und DBV als assoziierte Partner wird die Überführung der Empfehlungen in die Bemessungspraxis sichergestellt.

Bauteilermüdung von Windenergieanlagen aus Stahlbeton und Spannbeton unter hochzyklischer Beanspruchung, Teilvorhaben: Ermüdungsverhalten von druckschwellbeanspruchtem Beton sowie Stahl- und Spannbetonbauteilen mit und ohne trockene Fugen

Ein zentraler Baustein für die Reduktion von Treibhausgasemissionen ist der Ausbau der erneuerbaren Energien, wobei die Windenergie eine tragende Rolle einnimmt. Dabei ist nicht nur die effiziente Funktionsweise der Windenergieanlage von Bedeutung, sondern auch die ressourceneffiziente Herstellung der Turmstrukturen. Die im vorangegangenen Verbundforschungsvorhaben WinConFat (FKZ 0324016) umfangreichen durchgeführten Ermüdungsuntersuchungen an normal- und hochfestem Beton waren auf die Materialebene ausgerichtet. Jedoch werden von den regelwerksgebenden Gremien zusätzliche, über die reinen Materialuntersuchungen hinausgehende, Analysen an Bauteilen verlangt. Im hier beantragten Teilvorhaben des Verbundvorhabens 'WinConFat-Structure' wird diese noch ausstehende Übertragung der Ergebnisse von der Materialebene auf die Bauteil- bzw. Bauwerksebene adressiert. Dabei liegt der Schwerpunkt auf drei Arbeitspaketen. Im ersten Forschungsschwerpunkt wird sich mit dem Einfluss der Bewehrung auf die Ermüdungsfestigkeit bei überdrückten Bauteilen befasst. Der zweite wesentliche Forschungsschwerpunkt liegt in der Betrachtung des Ermüdungsverhaltens von trockenen Bauteilfugen. Hierzu sollen systematische experimentelle und numerische Untersuchungen durchgeführt werden, um den Einfluss von ermüdungsbeanspruchten horizontalen und vertikalen Fugen in Windenergieanlagen auf das Tragverhalten zu analysieren. Im dritten Forschungsschwerpunkt soll eine stochastisch begründete Auswertung des Ermüdungsverhaltens von druckschwellbeanspruchtem Beton durchgeführt werden, um daraus eine Optimierung des bestehenden Sicherheitskonzepts anzustreben. Aus allen drei Forschungsschwerpunkten sollen am Ende des beantragten Vorhabens Empfehlungen für Bemessungskonzepte hinsichtlich der jeweiligen Schwerpunkte entstehen. Durch die Einbindung des DAfStb und DBV als assoziierte Partner wird die Überführung der Empfehlungen in die Bemessungspraxis sichergestellt.

Zuverlässiges Bemessungskonzept für Hohlprofilverbundstützen mit hochfesten und hybriden Querschnitten auf einheitlicher Basis

Entwicklung einer Methode zur ressourceneinsparenden und CO2-reduzierenden Weiterverwendung von Rotorblättern im Infrastrukturbereich

Entwicklung einer Methode zur ressourceneinsparenden und CO2-reduzierenden Weiterverwendung von Rotorblättern im Infrastrukturbereich, Teilvorhaben: Entwicklung innovativer Zerteilungs- und Weiterverarbeitungsprozesse

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