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Fernwärme-Forschungsinstitut
Max-von-Laue-Str. 23
30966 Hemmingen
GERMANY
  

 Tel: +49 511 943 70-0
Fax: +49 511 943 70-70
   
@: info@fernwaerme.de

 


FORSCHUNGSPROJEKTE
 

ausgewählte Forschungsprojekte:
"Entwicklung eines mathematischen Modells zur Wärmeverlustberechnung an Doppelrohren - IGF Projekt Nr. 1EWN"

Der Einsatz werkmäßig gedämmter Doppelrohrsysteme für die Wärmeverteilung bietet auf kommunaler Ebene agierenden Versorgungsunternehmen Vorteile in verschiedenen Bereichen. Der Rohrgraben kann schmaler ausgeführt werden, wodurch die Tiefbaukosten sinken und sich zudem neue Erschließungspotenziale bei begrenzten Platzverhältnissen, z. B. in historischen Ortskernen, ergeben. Für die Auslegung der Fernwärmenetze ist der Wärmeverlust der Rohrsysteme ein entscheidendes Kriterium. Bei Doppelrohrsystemen wird von Netzbetreibern über signifikante Abweichungen zwischen den gemessenen Wärmeverlusten und den Wärmeverlusten laut Herstellerangaben berichtet.

Ziel des Forschungsvorhabens ist daher, ein mathematisches Modell für die Wärmeverluste zu entwickeln, welches an dieser Stelle eingesetzt werden kann und durch numerische Simulationen, Technikumsversuche und Messungen im Felde überprüft und kontinuierlich innerhalb des Projektes angepasst werden wird.

Der Lösungsweg und die Zwischenergebnisse sind nachfolgend aufgeführt:

  • Entwicklung eines Berechnungsmodells,

  • Untersuchung rohrinterner Temperaturfelder und resultierender Spannungsverhältnisse in Wärmedämmung und Boden,

  • Konzeptionelle Entwicklung der Technikumsversuche,

  • Konzeptionelle Entwicklung der Feldmessungen,

  • Durchführung der Technikumsversuche,

  • Durchführung der Feldmessungen,

  • Auswertung der Ergebnisse,

  • Abschlussbericht.

Der Nutzen eines entsprechenden Berechnungsverfahrens für KMU zeigt sich durch die Möglichkeit einer verbesserten Auslegung von Wärmenetzen, Verbesserung der vorliegenden Normwerke EN 15698, EN 15632, EN 13941, EN 253, und hiermit eine Erhöhung der Akzeptanz von Doppelrohrsystemen wie z. B. im skandinavischen Raum. Der Einsatz von Doppelrohrsystemen führt zur generellen Verringerung der Wärmeverluste in der Wärmeverteilung und der Reduktion von Tiefbaukosten und eröffnet neue Erschließungspotenziale.

 

„Technische Gebrauchsdaueranalyse - Förderkennzeichen: 03ET1335A“

 

Endet die technische Gebrauchsdauer von Fernwärmeleitungsnetzen so befindet sich das Gesamtsystem einer Wärmeversorgung Erzeugung – Verteilung – Verbraucher in einem labilen Zustand. Schadenshäufigkeiten können schnell zunehmen und die Versorgungsicherheit ist gefährdet. Netzbetreiber sind folglich angehalten den Zustand Ihrer Netze möglichst genau zu kennen und ein Gefährdungspotenzial der Versorgungssicherheit frühzeitig abzuwenden. Hierzu sind Investitionen zu tätigen, deren Zeitpunkt einerseits zum Zustand der Netze passen muss und die andererseits rechtzeitig im Haushaltsplan eingeplant werden müssen. Der Eingriff in die Netzsubstanz hat immer eine wesentliche wirtschaftliche Bedeutung für ein Versorgungsunternehmen.

Erhöhte Anforderungen an Wärmenetze sind im Zusammenhang mit folgenden Aufgabenstellungen zu sehen:

  • Flexibilisierung des Kraftwerkparks durch Speicher,

  • Nutzung des Netzes als Speicher,

  • volatile solarthermische Einspeisung,

  • flexible Fahrweise von KWK – Anlagen – Abschaltung von Kraftwerken und

  • Erhöhung der Anschlussdichte durch Ausbau in kleinen Leitungsquerschnitten.


„Identifikation von Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes grabenloser Verlegetechniken im Fernwärmeleitungsbau“

 

Das Fernwärme-Forschungsinstitut (FFI) hat zusammen mit verschiedenen anderen Projektpartnern im Auftrag der AGFW | Projektgesellschaft für Rationalisierung, Information und Standardisierung mbH als Forschungspartner im Forschungsvorhaben „Identifikation von Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes grabenloser Verlegetechniken im Fernwärmeleitungsbau“ gearbeitet. In dem Vorhaben wurden 10 Fernwärmerohre unterschiedlicher Art in einem Feldversuch mit einem Maßstab 1:1 grabenlos und ohne Schutzrohr eingezogen und in einem Simulationsbetrieb mit einer Heizlast beaufschlagt. Hauptaufgabe des FFI im Projekt war die umfangreiche messtechnische Überwachung und aufwändige operative Steuerung der Feldversuche sowie die Begutachtung der Rohrleitungssysteme vor und nach der grabenlosen Verlegung. Es kann festgestellt werden, dass das durch die AGFW realisierte Projekt in Art und Umfang einzigartig ist und viele neue Ergebnisse erarbeitet wurden. Das Alleinstellungsmerkmal dieses Projektes bedingt, dass neben den beauftragten Leistungen weitere Fragestellungen auftraten. Das FFI hat sich diesen Fragestellungen für die Einführung der grabenlosen Technologie in den Fernwärmeleitungsbau angenommen. Das Projekt wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie unter dem FKZ 03ET1063A gefördert.


„Bettungswiderstand zyklisch belasteter Fernwärmeleitungen“

 

In dem Forschungsvorhaben „Bettungswiderstand zyklisch belasteter Fernwärmeleitungen“ wurde erstmalig grundlegende Wissenslücken hinsichtlich des Bettungswiderstands von Fernwärmeleitungen infolge lateraler Wechsellasten geschlossen. Projektpartner in diesem Forschungsverbund waren das Institut für Geotechnik der Leibniz-Universität Hannover (IGtH) und das Fernwärme-Forschungsinstitut (FFI). Das FFI hatte zur Aufgabe in Technikumsversuchen im Maßstab 1:1 Segmente von Fernwärmerohrleitungen planmäßig quer zur Rohrachse unterschiedlichen Wechselbeanspruchungen auszusetzen. Durch geeignete Instrumentierung wurde hierbei der sich in Abhängigkeit der Belastungsintensität und Zyklenanzahl ergebende Bettungswiderstand ermittelt. Weiterhin hatte das FFI die Aufgabe, Laborversuche zur Erfassung der zyklischen Materialparameter der Dämmung im Kunststoffmantelrohrsystem zu planen und durchzuführen. Das Projekt lieferte einen wichtigen Baustein für das grundlegende Verständnis des Tragverhaltens von Fernwärmeleitungen. Das Projekt wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie unter dem FKZ 03ET1063C gefördert.


Entwicklung und Validierung einer Parametermatrix zur Auswertung von TIR-Bilder im Hinblick auf die Zustandsbewertung von Fernwärmeleitungen - AiF / BMWi Vorhaben 15802 N 

Temperaturfeld im umgebenden Erdreich der Fernwärmeleitung

 

Auf Basis der Daten von luftgestützten Thermalaufnahmen sollen zukünftig Zustandsänderungen von Fernwärmetrassen durch Messungen in zeitlich definierten Abständen erfasst werden und Zustandsbewertungen erfolgen. Die Aufnahmen der TIR-Bilddaten werden jedoch von einer Vielzahl an Parametern beeinflusst, so dass Abweichungen bei den Messungen nach einem bestimmten Zeitraum nicht grundsätzlich auf eine Zustandsänderung des Fernwärmenetzes zurückzuführen sind. Über ein Berechnungsmodell, das die Einflussgrößen in bestmöglicher Annäherung an die Realität berücksichtigt und darstellt, sollen zukünftig differenziertere Aussagen zur Bewertung und Zustandsänderung der Fernwärmenetze getroffen werden können.


Einsatzfähigkeit von Fernwärmerohrsystemen in Klimatisierungs- und Prozesskälteversorgungssystemen AiF - 13849 N 

Versuchsanordnung zum Kälteversuch im FFI

Bei der Klimatisierung von Gebäuden als auch bei der Anwendung von Prozesskälte durch Gewerbe- und Industrieunternehmen ist ein stetig steigender Kältebedarf zu verzeichnen. Durch Neuorientierung vieler produzierender Unternehmen und Gebäudemanagementunternehmen auf ihre wesentlichen Kernbereiche eröffnet sich ein neuer dynamischer Dienstleistungssektor "Kälteservice" für Energieversorger und Fachbetriebe. Zur bestmöglichen Nutzung der Maschinen und Anlagen führt daher der Trend zu Energiezentralen, die die Medien Druckluft, Kälte, Strom und Wärme erzeugen. Die Vorteile der Energiezentrale hinsichtlich des ressourcenschonenden Primärenergieeinsatzes bedingen daher ein Verteilnetz der Medien zu den einzelnen Verbrauchspunkten.


Kennzahlen für die Evaluierung der Konstruktion und Betriebsführung von Wärmespeichern

Visualisierung von Einströmvorgängen am Acrylglasmodellspeicher

In einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit dem Institut für Energietechnik der TU Dresden wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen zum thermischen Verhalten von Wärmespeichern für Trinkwarmwasser und Heizungsanwendungen durchgeführt. Schwerpunkt der Arbeit war die Evaluierung der energetischen und exergetischen Effizienz von Wärmespeichern und deren Bewertung mit dimensionslosen Kennziffern. Von besonderem Interesse waren dabei die Einflüsse der inneren Verlustprozesse wie vertikale Wärmeleitung und zeitliche Veränderung der Temperaturmischzone im geschichteten Wärmespeicher auf die sich ergebenden Exergieverluste. Ein einheitliches Kennziffernsystem zur Beschreibung des Input-/Outputverhaltens und eine Berechnungsmethode zur Quantifizierung der inneren Verluste sowie der Gesamtverluste eines Wärmespeichers wurden entwickelt. Zusätzlich konnte eine Prüfvorschrift für die Bestimmung der Kennziffern und Empfehlungen zur Speicherkonstruktion und –betriebsführung erstellt werden. In Zukunft werden bei Anwendung des Bewertungs- und Prüfverfahrens ein besserer Vergleich von Wärmespeichern sowie Primärenergieeinsparungen und eine erhöhte Wirtschaftlichkeit von Anlagen zur Nutzung thermischer Energie erwartet.


Restlebensdaueranalyse an 30 Jahren alten Kunststoffverbundmantelrohren

Vor- und Rücklauf des 30 Jahre alten Kunststoffverbund-mantelrohres

Bei der MVV Energie AG sind Kunststoffverbundmantelrohre nach 30-jähriger Betriebszeit entnommen worden, um die Restlebensdauer zu bestimmen. Dabei konnte festgestellt werden, dass der Verbund und der PUR-Schaum noch den heutigen normativen Anforderungen genügt. Nach eingehender Analyse wurde festgestellt, dass von einer Restlebensdauer bis zu 38 Jahren, d.h. einer Gesamtlebensdauer von 68 Jahren für diese Trasse, auszugehen ist.

 
       
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- 2017 -