Technisches Infrastrukturmanagement
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ingo Weidlich
Adresse | Anschrift
HafenCity Universität Hamburg (HCU),
Henning-Vorscherau-Platz 1
20457 Hamburg
Tel. ++49 40 / 42827 - 5700
E-Mail: ingo.weidlich(at)hcu-hamburg.de
Sprechzeiten
Montags 10:00 - 11:00 Uhr und nach Vereinbarung
Professur Technisches Infrastrukturmanagement
Prof. Dr.-Ing. Ingo Weidlich (Raum 5.007),
Ingo Weidlich works in the field of engineering research and deals with current topics. He accompanies the development of issues that have been in focus for years, especially in the field of lifeline infrastructure. The special focus of his investigations is district heating.
ORCID iD: https://orcid.org/0000-0003-2653-0133
Wissenschaftliche MitarbeiterInnen
M.Sc. Stefan Dollhopf (Raum 5.008)
Forschung: BMWi-Projekt: "Urban Turn - Wandelung der urbanen leitungsgebundenen Wärmeversorgung"
E-Mail: stefan.dollhopf@hcu-hamburg.de
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M.Sc. Pakdad Pourbozorgi Langroudi (Raum 5.008)
PhD - Thesis: Infrastructure management: Predictive maintenance using artificial intelligence in District Heating Networks (HCU, t.b.c.)
Forschung: BMWK-Projekt: "SAM-FW" - von neuen und verbesserten Instandhaltungsstrategien für kleine und große Wärmeverteilnetze durch Kombination statistischer Alterungsmodelle mit materialbasierten Nutzungsdauermodellen
Forschung: BMWi-Projekt: "Instandhaltung-FW" - Entwicklung von neuen und verbesserten Instandhaltungsstrategien für kleine und große Wärmeverteilnetze durch Kombination statistischer Alterungsmodelle mit materialbasierten Nutzungsdauermodellen
Verknüpfung Forschung und Lehre in: Biw-M-209-100 Bauverfahren für Transformation und Sanierung Technischer Infrastruktur, Biw-M-211-100 Energie-Infrastruktur
E-Mail: pakdad.langroudi(at)hcu-hamburg.de
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M.Sc. Violeta Madan (Raum 5.008)
PhD - Thesis: Untersuchung der anisotropen Wärmeströme in Doppelrohren für die Anwendung in einem innovativen Nahwärmesystem (HCU, t.b.c.)
Lehre in: Biw-M-Mod-306 Entwurf Technischer Infrastruktur, REAP-M-Mod-202 Urban Energy Flows, Biw-M-211-100 Energie-Infrastruktur
E-Mail: violeta.madan(at)hcu-hamburg.de
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M.Sc. Aaron Wieland (Raum 5.006b)
Forschung: BMWK-Projekt: "EnEff-Netzregelung" entwickelt Zukunft der Steuerung von Fernwärmenetzen
E-Mail: aaron.wieland(at)hcu-hamburg.de
Ehemalige MitarbeiterInnen
Prof. Dr.-Ing. Mgr. Maria Greitzer, MA (2017 - 2021)
PhD - Thesis: Energy Forecasting. Focus: Natural Gas (HCU, 2021)
Lehre in: QS-B-013 Energie, Raum und Politik im internationalen Kontext, REAP-M-Mod-306 Material Flow Analysis and Life Cycle Assessment, REAP-M-Mod-202 Urban Energy Flows, QS-M-006 Physical Principles through stories
Dr.-Ing. M.Sc. Lucia Doyle Gutierrez (2018 - 2022)
PhD - Thesis: A Circular Economy Approach to Multifunctional Sandwich Structures: Polymeric Foams for District Heating Pre-Insulated Pipes
Lehrinput in: REAP-M-Mod-306 Material Flow Analysis and Life Cycle Assessment, REAP-M-Mod-202 Urban Energy Flows
Dr.-Ing. Gesena Banushi (2018 - 2023)
Forschung: BMBF-Projekt: „Zustandsbewertung von erdverlegter systemrelevanter Infrastruktur zur proaktiven Charakterisierung von Schäden und Gewinnung von technisch realen Entscheidungshilfen“
Verknüpfung Forschung und Lehre in: Biw-B-605-103 Leitungsbau
Dipl.-Ing. Sven Büschken (2021-2024)
Forschung: BMWi-Projekt: "Fernwärmeleitungsbau 4.0 mit zeitweise fließfähigen selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen für niedrige und hohe Betriebstemperaturen"
M.Sc. Pia Peters (2023-2024)
Lehre in: Biw-B-604-100 Siedlungswasserwirtschaft, Biw-M-Mod-306 Entwurf Technischer Infrastruktur, REAP-M-Mod-202 Urban Energy Flows, Biw-M-211-100 Energie-Infrastruktur
Bauphysik
Im Kurs Bauphysik wird eine Einführung in die Disziplinen der Bauphysik gegeben. Hierzu gehören die Grundlagen der Wärmelehre, Stationärer Wärmetransport durch Transmission; Wärmeleitung, -durchlass, -übergang, - durchgang; mehrschichtige Bauteile, Temperaturverläufe, Transmissionswärmestrombilanzen; Wärmebrücken, die Grundlagen von Lüftung und Lüftungswärmeverlusten, Wärmestrahlung und Grundlagen solarer Gewinne, Innere Gewinne. Es wird die Wärmebilanz eines Gebäudes behandelt. Welche Bedeutung hat die Gebäudeform? Wie werden Verluste und Gewinne bestimmt, Wärmebedarf für Brauchwasser, End- und Primärenergiebedarf. Weiterhin werden die Themen des Feuchte- und Schallschutz behandelt.
Die Siedlungswasserwirtschaft ist eine Ingenieurwissenschaft, die sich mit allen Aspekten des Wassers im Zusammenhang mit Siedlungen befasst. Als technische Disziplin ist die Siedlungswasserwirtschaft für die Siedlungs-Hygiene und auch den Kompfort und die Sicherheit des Menschen von zentraler Bedeutung. In den Bereich der Siedlungswasserwirtschaft fällt die gesicherte Beschaffung und Aufbereitung von Trink- und Brauchwasser, die Ableitung und Reinigung des Abwassers sowie der möglichst schadlosen Rückführung des Abwassers, die sichere Ableitung von Niederschlägen, den Bau und Betrieb der hierfür nötigen Anlagen und die langfristige Sicherung der Wasserressourcen und Wasserversorgung.
Das zentrale und kontrollierte Wassermanagement geht einher mit der Entwicklung von Großstädten und Hochkulturen. Der Zusammenhang zwischen der Abnahme von Seuchen und den damit verbundenen Todesfällen bei steigendem Bevölkerungsanteil mit öffentlicher Wasserversorgung gilt heute als erwiesen.
Mit der Einführung der Schwemmkanalisation und auch des Wasserklosetts im 19. Jhd. wurden die mit Abwässern verbundenen Probleme aus den Städen ausgelagert. Oft direkt in die umgebenden Gewässer. Mit der Aufdeckung des Zusammenhangs von fäkalen Verunreinigungen von Wasser und der Häufigkeit von stark verbreiteten Krankheiten wurde die Trinkwasseraufbereitung immer wichtiger und auch der Gewässerschutz bekam eine immer größere Bedeutung.
Heute ist die Siedlungwasserwirschaft in urbanen Ballungsgebieten und auch im ländlichen Raum unverzichtbar.
Ein großer Teil der unterirdischen Infrastruktur, von denen moderne Siedlungsgebiete und Metropolen abhängen, sind Leitungen für die Ver- und Entsorgung. Dabei fallen unter den Begriff Leitungen sowohl Kabel als auch Rohre, die verlegt, betrieben und in Stand gehalten werden müssen. Aktuelle Bedeutung erlangt der Bau und die Transformation von Leitungsnetzen im Zuge der derzeitigen Bemühungen die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen abzubauen und vermehrt Erneuerbare Energie verfügbar zu machen. Einerseits lässt sich daraus eine Abnahme der Bedeutung bestehender Netze für die Verteilung von fossilen Brennstoffen erwarten, die umgenutzt oder rückgebaut werden müssen. Andererseits ist ein Ausbau von vorhandenen Netzen, die für die Verteilung von Erneuerbarer Energie geeignet sind, erforderlich. Hierunter fallen die Netze für die Stromversorgung und Wärmeverteilnetze. Der Umgang mit Erneuerbarer Energie erfordert ein umfangreiches Lastgangmanagement. Die zeitlich veränderliche Abnahme bzw. Der saisonal und tagesgangabhängige Verbrauch von Strom und Wärme wird der Volatilität der Erneuerbaren Energien gegenübergestellt. Der Ausbau und die Transformation dieser Netze ist ein Themenfeld in dem in den nächsten Jahrzehnten ingenieurtechnische Kompetenz für die Umsetzung und Weiterentwicklung von Nöten ist.
Für die Versorgungsnetze ergeben sich daraus die Handlungsfelder Leitungsbau, Transformation und Instandhaltung. Diese Baumaßnahmen müssen sorgfältig geplant und umgesetzt werden. Je nach Betriebsmedium sind zum Beispiel hohe Transportdrücke oder hohe Temperaturen zu berücksichtigen. Die Leitungen stehen zudem in Beziehung mit ihrer Umgebung. Als überirdische Leitungen, sogenannte Freileitungen, sind die Leitungen direkt sichtbar und zugänglich. Schäden können dann schnell erkannt werden. Außerhalb von Firmengeländen werden die Leitungen oft unterirdisch verlegt. Die dabei auftretenden Bettungsbedingungen haben einen großen Einfluss auf das Verhalten des Netzes als Tragwerk und damit auf die Versorgungssicherheit und die Gebrauchstauglichkeit. Die Trassenplanung kann hinsichtlich der bautechnischen Details sehr komplex werden und beinhaltet daher je nach Leitungsart besondere Anforderungen.
Der Planer muss dabei neben der Bautechnik auch interdisziplinäre planerische Aspekte berücksichtigen, die zum Beispiel thermodynamische, elektrotechnische oder biochemische Zusammenhänge umfassen.
Vegetation und Infrastruktur
Die Lebensqualität in Stadtvierteln hängt in hohem Maße von Art und Umfang der Vegetation und einer funktionsfähigen Infrastruktur sowie auch Gebäuden ab. Hieraus ergibt sich ein Konfliktraum Vegation-Bauwerk auf der Oberfläche, aber ebenso im unterirdischen Raum. Die fachgerechte Planung und der verantwortungsvolle Umgang für eine gesunde Vegetation und die an die Infrastruktur und die Gebäude gekoppelte Funktions- und Versorgungssicherheit ist eine wichtige Aufgabe und soll in der Lehrveranstaltung vermittelt werden. Aus den unterschiedlichen Anforderungen werden Spannungsfelder identifiziert und bauliche Varianten zur besseren Koexistenz besprochen und erarbeitet.
Die Wirkung von Vegetation auf das Stadtklima, den Regenrückhalt und die Verdunstung, Feinstaub und die Lebensqualität wird dargestellt und quantitativ abgeschätzt. Dabei steht Vegetation als integrativer Bestandteil von Bauwerken ebenfalls im Fokus. Dabei werden Bedarfe für Hamburg auf Basis stadtplanerischer Indikatoren (z.B. nach E DIN ISO 37120:2014) für eine nachhaltige Stadtentwicklung ermittelt und bestehenden Regelwerke vorgestellt und ausgewertet. Durch die Nutzung von Geoportalen werden die Studierenden in die Lage versetzt den Status Quo zur vorhandenen Vegetation in Quartieren zu ermitteln und damit die Entwicklungspotentiale zu identifizieren. In einem nächsten Schritt wird der unterirdische Raum betrachtet. Das Zusammenspiel zwischen unterirdischer Infrastruktur und dem vorhandenen Wurzelwerk wird besprochen und gegenseitige Schutzmaßnahmen werden vorgestellt und besprochen. Auch Sanierungsverfahren werden vermittelt.
Umsetzung:
Die Lehrveranstaltung wird in zwei Teile unterteilt. Im ersten Teil werden in den Vorlesungen Impulsvorträge zu bestimmten Themen vorgetragen (z.B. Bodenschutz, Wurzelwachstum, Infrastrukturen, Interaktionen, Vegetation als Gestaltungselement, ...). Durch externe Fachvorträge werden die Lehrinhalte stark mit der Praxis verknüpft. Zum Ende der Vorlesung sind Exkursionen geplant, welche durch die Studierenden vorbereitet werden sollen. Ziel ist ein Standort in Hamburg, der hinsichtlich des Themenfeldes Vegetation- Infrastruktur-Gebäude Entwicklungspotenzial aufweist. Vor Ort ist ein entsprechender Vortrag vorzubereiten. Der Kurs wird mit einer Hausarbeit abgeschlossen.
Das Modul wird zusammen mit Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Dickhaut angeboten.
BIW-M-209-100
Bauverfahren für Transformation und Sanierung Technischer Infrastruktur
Vor dem Hintergrund weltweit abnehmender Ressourcen steigt die Bedeutung der Instandhaltung, Pflege und Anpassung bestehender Infrastruktur. Einerseits hat der Erhalt von Ver- und Entsorgungsleitungen für deren Betreiber eine hohe wirtschaftliche Bedeutung. Aus Gründen der Betriebszuverlässigkeit und Versorgungssicherheit ist es bei vielen Leitungen extrem wichtig, dass die Funktionalität erhalten bleibt. Die Erhaltung großer Infrastrukturbauwerke ist fast immer dem Neubau vorzuziehen. Für die Betriebswirtschaftlichkeit ist folglich das Wissen um den Zustand der Leitungen von hoher Bedeutung. Nur so können Instandhaltungsmaßnahmen und insbesondere auch die Rückstellungen und Investitionen hierfür richtig geplant werden.
Gleichzeitig wirken sich Veränderungsprozesse in Art, Umfang und Verhalten der Nutzer sowie gesellschafltiche Prozesse auf Infrastrukturen aus. Der Wunsch den Energiebedarf großer Städte mit
erneuerbarer Energie zu decken, stellt die unter anderen Prämissen errichtete Infrastruktur für die Energieversorgung vor große Herausforderungen. Strom- und Wärmenetze müssen umgebaut und anders betrieben werden. Gleichfalls muss im Bereich der Gasnetze ein Umdenken stattfinden. Im Bereich der Abwassernetze ist in den letzten Jahrezehnten ein Rückgang des Wasserverbrauchs pro Kopf zu verzeichnen, sodass die Abwassersysteme für den Trockenwetterabfluss bei einer Fortsetzung dieses Trends überdimensioniert scheinen. Gleichermaßen werden stärkere Regenfälle infolge des Klimawandels und ein fortschreitender Anstieg der Oberflächenversiegelung beobachtet, die den Abfluss bei Regenwetter steigen lassen.
In dem Kurs Biw-M-209-100 "Bauverfahren für Transformation und Sanierung Technischer Infrastruktur" werden verschiedene Verfahren behandelt, die für die Transformation und Sanierung von bestehender Infrastruktur zur Verfügung stehen. Zudem wird im Kreise der Studierenden des Kurses im gesamtinhaltlichen Kontext diskutiert werden, wie sich die Veränderungen der Leitungsinfrastruktur umsetzen lassen und gegenseitig beeinflussen (z.B. Wärmerückgewinnung aus Abwasser, Power2Gas, ...).
BIW-M-206-100
Paradigmenwechsel Technischer Infrastruktur
Der federführend durch Prof. Jäschke angebotenen Kurs "Paradigmenwechsel Technischer Infrastruktur" BIW-M-206-100 wird durch einzelne Vorlesungen von Prof. Weidlich unterstützt. In diesen Vorlesungen wird durch Prof. Weidlich der aktuelle Paradigmenwechsel im Bereich der Wärmeversorgung von Städten und Kommunen behandelt. Nachdem in der vergangenheit in der Öffentlichkeit und in der Politik die Energiewende primär mit der elektrischen Energieversorgung verknüpft wurde, ist inwzischen durch unterschiedliche Studien belegt, dass auch im Bereich der Wärmeversorgung eine Energiewende erforderlich ist. Dies liegt u.a. daran, dass ein erhebliches ungenutztes Abwärmepotiential in Europa identifiziert werden kann und rd. die Hälfte unseres Primärenergiebedarf für Wärme anfällt. Deshalb ist es erforderlich, Angebot und Bedarf an dieser Stelle zusammen zu bringen. Dies ist aber nur durch eine Veränderung der Erzeugungsinfrastruktur und der Wärmeverteilnetze möglich. Im Kurs werden unterschiedliche Aspekte aus dem Bereich der Wärmewende besprochen.
BIW-M-401-107
Energie-Infrastruktur
Inhalt
Die beruflichen Möglichkeiten wachsen für Ingenieure, welche die grundlegenden physikalisch-technischen Prinzipien für den Bau, Erhalt und Betrieb von Energienetzen verstehen. Der bilinguale Kurs auf Englisch und Deutsch umfasst Energieerzeugungsanlagen, Rohrstatik, Interaktion Rohrleitung - Boden, Wärmespeicher sowie Schutz kritischer Infrastrukturen in der Stadt. Im Vordergrund stehen folgende Themen:
- Versorgung - Energieerzeugungsanlagen
- Wärmeleitung, Gasleitungen, Stromnetze
- Interaktion Rohrleitung-Boden
- Rohrstatik – Wärmeleitungen
- Freileitungen – Strom
- Kritische Infrastruktur - Schutzmaßnahmen
Sofern Sie noch keine Programmierkenntnisse haben, erlernen Sie kursbegleitend den Umgang mit Python. Diese Sprache eignet sich besonders gut für den rechnergestützten Umgang mit großen Datenmengen, den Einsatz von KI und ANN, Numerik, GIS-Anwendungen und auch einfache Rechnungen. Im Rahmen der Vorlesung und den zu erstellenden Hausübungen wird Python für Energie-Infrastrukturen zur Anwendung gebracht.
Inhaltliche Anknüpfung | Course link
Der Kurs vertieft den Inhalt aus den Kursen "BIW-Leitungsbau" und "REAP-Urban Energy Flows" mit Schwerpunkten auf Technologien und rechnerische Auslegung.
The course deepens the content "BIW-Leitungsbau" and "REAP-Urban Energy Flows" with focus on technology and calcualtive design.
REAP-M-306
Material Flows and Life Cycle Assessment
In the module "Material Flows and Life Cycle Assessment" in the international study program REAP (Resource Efficiency in Architecture and Planning), the principles of Material Flow Analysis (MFA) and Life Cycle Assessment (LCA) are taught. Inventory preparation and impact assessment are taken into account. Since the winter semester 2017/18 this course has been taught by Ingo Weidlich and Maria Grajcar. During the conception and revision of the course, it was ensured that the students were taught the contents of the course in an interesting, challenging and supportive learning environment. Frontal teaching should be avoided as far as possible.
In the first phase of the course, students are taught the basic concept of Life Cycle Assessment. In this part of the course the relevance of different materials, as well as the "Impact Categories" are introduced. The information is organized as "Input" events, individual exercises and homeworks. The core of the course is the close cooperation with the architectural office PlanWerk Architektur & Energieberatung Wickersheim Mannsfeld GmbH and Coop Water House GmbH. The cooperation came about through Anne-Christin Kausemann, a REAP-alumna, whose participation also gives students an insight into possible professional developments after graduation. The architectural office specialises in houseboats. The life cycle of houseboats has so far been little studied and needs to be researched more closely. This cooperation gives the students the opportunity to examine different houseboats with regard to their life cycles. This will optimally link research and teaching.
The students continue to learn the operation and evaluation of a LCA evaluation software. The selection of the software has been consistently focused on availability and usability even after study (open source software). In addition, a day excursion to a houseboat gives students the opportunity to take a close look at an example. The individual evaluation of the houseboats in an LCA analysis is part of the examination. The results are discussed and evaluated with PlanWerk. The results of this coordination are used conceptually for the further development of the course. Individual presentations by experts such as Joost Hartwig (ina Planungsgesellschaft mbH) and Prof. Julija Gušca (RTU, Latvia) enabled students to gain further insights into national and international life cycle assessment challenges.
In addition to the exercises from the "Input" events and an individual term paper, the students are challenged in a second phase of the module to prepare a personal contribution to the courses. In the winter semester 2017/18, this was the simulation of a meeting in the form of a role play, the content of which was the confrontation of parties with different interests on the LCA of a houseboat (see figure). The staging was part of the course and was carried out by groups of approx. 5-6 students. The scenery, dialogues and contents were prepared by the students. The students could voluntarily undergo a profile analysis on their own in order to achieve the best possible assignment for the different roles (contractor, client, environmental authority, LCA consultant, etc.). Since this was to be a public debate, it was the task of the remaining students to represent the public. Therefore, small tasks were distributed to the audience by the teachers in order to make the staging more lively and interesting by an unexpected moment.
Through the mentioned teaching elements, a part of the modern state of knowledge from pedagogy, psychology, didactics and brain research should flow into the course and arouse the interest of the students for the subject matter to a high degree, as well as significantly increase the motivation for the course. The activities in the courses should firmly anchor the learned and the acquired in the memory through emotional and interactive experiences. In fact, a pronounced group dynamic could be observed, which will probably remain in the memory of all participants for a long time.
REAP-M-202-100
Urban Energy Flows
Basics on energy demand and supply (forms of energy, conversions, efficiency etc, balancing, visualization etc), Introduction into energy flows in cities (areas of energy use (domestic, industrial, public) providing data on energy qualities and quantities, Energy use due to (thermal) comfort needs (heating, cooling ventilation) in residential and non residential buildings, Energy demand due to use of electrical devices in residential and non residential buildings, Energy demand of public services, Energy demand due to mobility needs, Interdependencies between different energy systems and grids, Using renewable energies in an urban environment (techniques and contributions), Modelling and visualisation of urban energy flows, Methods to define priorities in urban energy saving strategies (strategic planning targets).
Project II deals with Sustainable Urbanism in Hamburg. The main aim is to learn about the principles and indicators of sustainable urbanism through a guided analysis of urban neighborhoods in Hamburg and to develop innovative resource efficient interventions which enhance the sustainability of the neighborhood.
We will ask and answer questions such as:
- How do you define a liveable neighbourhood? What is a sustainable neighbourhood?
- What are the principles and design strategies of resource efficient planning at various scales?
- How do you technically, aesthetically and educationally integrate resource efficient technologies into the neighbourhood?
- What instruments and policies will help to create liveable neighbourhoods?
- How does one need to consider the challenge of climate change and adaption?
Laufende Projekte
Im Forschungsprojekt "SAM-FW" der HafenCity Universität Hamburg werden Alterungsprozesse von Fernwärmeleitungen analysiert. Das vierjährige Projekt strebt ein nachhaltiges Asset Management in Fernwärmenetzen an Projekt "SAM-FW" Forschungsziel: Alterungsp
Im Forschungsprojekt "SAM-FW" der HafenCity Universität Hamburg werden Alterungsprozesse von Fernwärmeleitungen analysiert. Das vierjährige Projekt strebt ein nachhaltiges Asset Management in Fernwärmenetzen an
Forschungsziel: Alterungsprozesse und Nachhaltigkeitskriterien in Fernwärmenetzen quantifizieren
In dem jüngst gestarteten Forschungsvorhaben „SAM-FW“ besteht die Hauptaufgabe darin, Alterungsprozesse zu beschreiben und Nachhaltigkeitskriterien in Fernwärmenetzen zu quantifizieren. Hierfür ist der Zustand bestehender Fernwärmeleitungen zu analysieren und zu bewerten. Für die aktuellen Transformations- und Digitalisierungsstrategien der Praxispartner sollen Empfehlungen erarbeitet und umgesetzt werden. Ein zentraler Aspekt ist die Entwicklung innovativer selbstlernender Algorithmen (KI), die u.a. Nachhaltigkeitsindikatoren auswerten können.
Durchführung und Finanzierung des Projekts "SAM-FW" an der HafenCity Universität Hamburg
Das Projekt wird im Bereich "Technisches Infrastrukturmanagement" an der HafenCity Universität Hamburg von Prof. Dr.-Ing. Ingo Weidlich und Pakdad Langroudi im Verbund mit dem Energieeffizienzverband AGFW, technische Universitäten sowie Partner aus Industrie und Netzbetreibern durchgeführt. Das vierjährige Forschungsprojekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz finanziert und hat zum Ziel, nachhaltiges Asset Management in Fernwärmenetzen zu realisieren.
Innovative Ansätze und Testverfahren zur Zustandsbewertung von Fernwärmeleitungen
Um innovative Ansätze für genauere Zustandsbewertungen und neue Testverfahren zu qualifizieren, werden im Forschungsprojekt gealterte KMR-Testproben im Feld untersucht. Hierdurch wird die Entwicklung notwendiger Ansätze und Testverfahren gestützt. Darüber hinaus trägt die Vorhersage des Alterungsprozesses anhand von Betriebsdaten dazu bei, Emissionen zu reduzieren, indem Informationen über potenzielle Verkürzungen der Lebensdauer von Vermögenswerten bereitgestellt werden und so die Nutzungsdauer der Fernwärmenetze verlängert wird.
Kontakt
M.Sc. Pakdad Pourbozorgi Langroudi
(Wissenschaftlicher Mitarbeiter | Research Associate)
Tel: +49 40 42827-5332
pakdad.langroudi(at)hcu-hamburg.de
„EnEff-Netzregelung“ entwickelt Zukunft der Steuerung von Fernwärmenetzen
Dreijähriges Forschungsprojekt mit den Stadtwerken München soll KI-Ansätze für eine Echtzeitregelung von Wärme- und Kältenetzen unter besonderer Berücksichtigung von Geothermie liefern
Das Arbeitsgebiet „Technisches Infrastrukturmanagement“ der HafenCity Universität Hamburg von Prof. Dr.-Ing. Ingo Weidlich arbeitet gemeinsam mit den Forschungspartnern Institut für Automatisierungstechnik der Universität Bremen, AGFW Projektgesellschaft mbH und den Stadtwerken München am Projekt „EnEff-Netzreglung“. Gefördert wird das dreijährige Forschungsprojekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz.
Ziel ist es, dass mit der zu entwickelnden Software die Leitungen der Fernwärme- und Kältenetze möglichst lange betrieben und automatisiert gesteuert werden können. Eine längere Lebensdauer der Leitungen und weniger Energieverluste sorgen für eine größere Nachhaltigkeit und effizientere Nutzung. So kann das Forschungsprojekt für die Energiewende in Deutschland einen Beitrag leisten.
Dazu werden Berechnungsalgorithmen entwickelt, die bei der Einschätzung von Energieeffizienz und Gebrauchsdauer der Leitung helfen sollen.
Hierfür werden zunächst Stressfaktoren für die Leitungen identifiziert und dann mittels KI-Ansätzen Lebensdauerverluste ermittelt. Mit Messreihen an den Leitungen der Stadtwerke München soll die Aussagekraft der entwickelten Algorithmen geprüft und verbessert werden.
Ziel ist es, daraus eine Echtzeitsteuerung für Wärme- und Kältenetze zu entwickeln und zur Anwendung zu bringen, die die oben benannten Verbesserungen automatisiert umsetzen kann.
Fernwärme aus erneuerbaren Energien gilt als eine der Schlüsseltechnologien zum Gelingen der Wärmewende in Deutschland. Um ihr gesamtes Potenzial zur Dekarbonisierung ausschöpfen zu können, ist zunächst jedoch eine adäquate Weiterentwicklung und Qualifizierung der Fernwärme-Infrastruktur erforderlich. Wie diese aussehen kann, erforscht und erprobt in den kommenden Jahren ein gemeinsames Verbundvorhaben aus Wissenschaft, Industrie und Planungsexperten. Im Februar 2021 fiel der Startschuss für das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderte Forschungsprojekt „Urban Turn“. Das Fraunhofer-Institut IEE koordiniert das bis 2025 laufende Projekt, dem als weitere Projektpartner der Energieeffizienzverband AGFW, die BRUGG Rohrsysteme GmbH, die Danfoss GmbH, die GEF Ingenieur AG sowie die HafenCity Universität (HCU) Hamburg angehören.
Das Projekt wird an der HCU Hamburg unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Ingo Weidlich im Bereich „Technisches Infrastrukturmanagement“ (Bauingenieurwesen) bearbeitet. Im Fokus der Untersuchung der HCU Hamburg liegt die Interaktion zwischen Rohrleitung und Bettungsmaterialien im Hinblick auf die zu erwartende Transformation der Wärmenetze. Neben der mittel- bis langfristigen Absenkung der Betriebstemperaturen ist dabei mit zunehmenden dynamischen und volatilen Betriebszuständen aufgrund dezentralisierter und diversifizierter Wärmeeinspeisung zu rechnen. Dies erfordert die Überprüfung von bestehenden und die Identifizierung neuer Auslegungskriterien von Wärmenetzen hinsichtlich der mechanischen Beanspruchung der erdverlegten Fernwärmerohre und der thermischen Wechselwirkungen des Interaktionssystems. Ziel ist es Anforderungen an Bettungsmaterialien zu überprüfen und auch unter neuen Gesichtspunkten, wie beispielsweise der ökologischen Qualität zu entwickeln.
Bei der Bearbeitung werden virtuelle Simulations- und Berechnungsmodelle mit experimentellen Untersuchungen am Baulabor der HCU Hamburg und am Versuchs- und Testzentrum District LAB des Fraunhofer-Institut IEE in Kassel verzahnt, deshalb sind besonders realitätsnahe, validierte Untersuchungsergebnisse zu erwarten. Die wichtigsten Erkenntnisse im Sinne der wissenschaftlichen Ergebnisverwertung sollen in die Europäische Normung eingebracht werden.
Seit Beginn des Vorhabens konnten die Forschungspartner in zahlreichen Workshops und Arbeitstreffen Ihre Expertise aus verschiedenen Arbeitsbereichen zusammenführen und nun mit Abschluss des ersten Arbeitspakets eine Kurzstudie mit dem Titel: „Fernwärmenetze im Kontext nationaler Klimaziele: Potenziale für UrbanTurn“ veröffentlichen. Diese bildet den Status quo der Fernwärmeversorgung in Deutschland ab und bietet einen Einblick in den bevorstehenden Transformationsprozess hin zu einer dekarbonisierten Wärmeversorgung.
English:
District heating from renewable energy sources is considered as a key technology to achieve the climate goals of the heating sector in Germany. However, in order to exploit its full decarbonization potential, district heating networks must be improved, developed and expanded to meet the future requirements of this energy infrastructure. A joint project involving science, industry and planning experts will discover what this might look like in the upcoming years. The "Urban Turn" research project, which is funded by the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi), was launched in February 2021. The Fraunhofer Institute for Energy Economics and Energy System Technology (IEE) is coordinating the project, which runs until 2025. Other project partners include the German District Heating Association AGFW, BRUGG pipes, Danfoss, GEF Engineering and Consulting and HafenCity University (HCU) Hamburg.
At the HCU Hamburg the project is under the direction of Prof. Dr.‐Ing. Ingo Weidlich in the department "Technical Infrastructure Management" (Civil Engineering). The focus of the investigation at HCU Hamburg is set on the interaction of the buried pipes and the bedding materials with regard to the expected transformation of the district heating networks. Beside the medium‐ to long‐term decreasing operating temperatures, increasing dynamic and volatile operating conditions can be expected due to the decentralization and diversification of the heat supply. Hereby its necessary to review existing and identify new design criteria for district heating networks with respect to the mechanical behavior of the buried pipes and the thermal interaction of pipeline and bedding materials. The goal is to verify requirements for bedding materials and also develop and rate them under new aspects, like the environmental quality.
Figure: Combination of experimental investigation at the DistrictLAB and virtual simulation of the predicted heat transfer
The research will combine and interact virtual simulation and calculation-models with experimental investigations at the laboratory of the HCU Hamburg and at the experimental testing facility District LAB of the Fraunhofer IEE in Kassel, therefore realistic and validated results can be expected. Further the most important findings will be transferred into the european district heating standards.
Since the beginning of the project, the research partners combined their expertise from various fields of work in numerous workshops and working meetings and have now published a short study entitled: "District heating networks in the context of national climate targets: Potentials for UrbanTurn". This maps the status quo of district heating supply in Germany and offers an insight into the upcoming transformation process towards a decarbonized heat supply.
Literatur:
Hay, S., Heiler, D., Kallert, A. M., Lottis, D., Ziegler, R., Weidlich, I., Dollhopf, S. (2022), "Existing District Heating Networks in Context of German Climate Goals: Potentials for “UrbanTurn”, Conference Proceedings ISEC 2nd Sustainable Energy Concerence 2022, Congress Graz Austria, Pages 196-203. https://doi.org/10.32638/isec2022 
Hay, S., Heiler, D., Kallert, A. M., Lottis, D., Ziegler, R., Weidlich, I., Dollhopf, S. (2022). „Fernwärmenetze im Kontext nationaler Klimaziele: Potenziale für UrbanTurn“, available at https://www.agfw.de/forschung/urbanturn
Kontakt:
M.Sc. Stefan Dollhopf
Technisches Infrastrukturmanagement
HafenCity Universität Hamburg
+49 (0)40 42827-5512
stefan.dollhopf@hcu-hamburg.de
Der Fernwärmeausbau spielt eine entscheidende Rolle in der Energie- und Wärmewende und damit für das Erreichen der klimapolitischen Ziele. Insbesondere Hamburg hat hier nach dem Rückkauf des Fernwärmenetzes ein ambitioniertes Vorgehen beschlossen. Doch die Kosten für den Rohrleitungsbau sind insbesondere in der Stadt hoch. Wissenschaftler der HafenCity Universität Hamburg (hcu) untersuchen nun in einem auf drei Jahre angelegten Forschungsvorhaben, wie der Einsatz von zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen (ZFSV) in Kombination mit innovativen Leitungssystemen die Kosten senken kann. Entstehen soll ein praxistaugliches Rechenmodell für die Berechnung zukunftsfähiger Wärmesysteme. Das Forschungsprojekt „Fernwärmeleitungsbau 4.0 mit zeitweise fließfähigen selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen für niedrige und hohe Betriebstemperaturen“ unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Ingo Weidlich wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen des siebten Energieforschungsprogramms gefördert. An der hcu Hamburg ist es im Bauingenieurwesen, Bereich „Technisches Infrastrukturmanagement“, angesiedelt. Weitere Partner des Verbundprojektes sind der AGFW, die GEF Ingenieur AG und die OTH.R.
Der Einsatz von ZFSV im konventionellen Rohrleitungsbau verspricht viele Vorteile. Hierzu gehören eine schnelle Verlegung, eine homogene Bettung und der Wegfall der Verdichtungsarbeit. Das belegen bisherige Forschungsprojekte. In der Tiefbau-Praxis liegen daher ZFSV vielerorts im Trend. Im Fernwärmeleitungsbau schlagen sich diese Erkenntnisse aber kaum nieder, da noch zu wenig Langzeiterfahrungen mit ZFSV vorliegen, und dieser Leitungstyp für eine zutreffende Statik verlässliche Bemessungsparameter für die Bettung benötigt. Die Wissenschaftler haben nun die einmalige Gelegenheit, real belastete und gealterte Proben aus einer umfassend untersuchten und dokumentierten Forschungsmessstrecke in Frankfurt (Europaviertel) zu entnehmen, bei der ZFSV in 2015 als Bettungsmaterial zum Einsatz kam. „So erfahren wir mehr über das spezifische Verhalten und die Belastungsgrenzen des Materials über längere Zeiträume hinweg und können Wissenslücken schließen“, sagt Weidlich. Die Ergebnisse der Feld- und Laborversuche fließen als Eingangsparameter numerischer Untersuchungen mit der Finiten Elemente Methode in die Berechnungen ein. Vorhandene theoretische Rechenmodelle zum Einsatz von ZFSV werden weiterentwickelt und in praxistaugliche, im Fernwärmesektor etablierte Berechnungsmodelle integriert.
Die Wissenschaftler haben dabei nicht nur den konventionellen Rohrleitungsbau im Blick. Die verstärkte Einbindung erneuerbarer Energiequellen in Fernwärmenetze geht mit betrieblichen Veränderungen wie etwa der Absenkung der Betriebstemperatur einher. Das wiederum ermöglicht den Einsatz innovativer Leitungssysteme wie Doppel- oder flexible Rohrleitungen. „Die Kombination dieser Techniken mit ZFSV wurde bisher weder technisch noch ökonomisch wissenschaftlich untersucht. Durch flexiblere Einsatzmöglichkeiten, schnellere Bauabläufe und einen ressourcenschonenderen Materialeinsatz sind große Einsparpotenziale zu erwarten und es ergeben sich Möglichkeiten den Anforderungen der Kreislaufwirtschaft auch im Leitungsbau zu begegnen“, so Weidlich. Er und sein Team wollen daher auch zu einem solch kombinierten Einsatz datenbasierte Erkenntnisse liefern und in ihr Rechenmodell einfließen lassen. „Es gibt eine Vielzahl innovativer Techniken im Leitungsbau, die eine kostengünstige und zugleich effiziente und ökologische Wärmeversorgung ermöglichen. Mit unserem Forschungsvorhaben möchten wir mittelfristig dazu beitragen, diese Techniken stärker in der Praxis zu etablieren“, erklärt Weidlich.
Weiterführende wissenschaftliche Publikationen:
Weidlich, I. (2020) "Zum Einsatz von ZFSV im Fernwärmeleitungsbau." Bautechnik. <link bachelor bauingenieurwesen professorinnen univ-prof-dr-ing-ingo-weidlich>doi.org/10.1002/bate.202000039
Doyle, L.; Weidlich, I., (2020) "Effects of Thermal and Mechanical Cyclic Loads on Polyurethane Pre-Insulated Pipes." Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures 2020 <link bachelor bauingenieurwesen professorinnen univ-prof-dr-ing-ingo-weidlich>doi.org/10.1111/ffe.13347 . Available at <link bachelor bauingenieurwesen professorinnen univ-prof-dr-ing-ingo-weidlich>onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/ffe.13347
Weidlich I., Banushi G., Yarahmadi N., Jakubowicz I., Sällström J.H., Vega A., Kim J., Kim Y.S., Nilsen Ø., Grage T., Schuchardt G., Yang F., (2020) "Effects of Loads on Asset Management of the 4th Generation District Heating Networks", Annex XII final report, International Energy Agency Technology Collaboration Programme on District Heating and Cooling including Combined Heat and Power, <link bachelor bauingenieurwesen professorinnen univ-prof-dr-ing-ingo-weidlich>www.iea-dhc.org/the-research/annexes/annex-xii/annex-xii-project-01/
Abgeschlossene Projekte
Das Forschungsvorhaben „Zustandsbewertung von erdverlegter systemrelevanter Infrastruktur zur proaktiven Charakterisierung von Schäden und Gewinnung von technisch realen Entscheidungshilfen“, - kurz ZUVERSICHT - wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Das Projekt ist der Fördermaßnahme GEO:N – Geoforschung für Nachhaltigkeit zugeordnet. In dem auf drei Jahre ausgerichteten Forschungsprojekt soll ein digitales Modell entwickelt werden, welches webbasiert eine Gefährdungsbeurteilung und proaktive Schadensminderung ermöglichen soll. An der HCU Hamburg wird das Projekt unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Ingo Weidlich und Dr.-Ing. Gersena Banushi im Bereich „Technisches Infrastrukturmanagement“ (Bauingenieurwesen) bearbeitet. Das Projekt ist ein Verbundprojekt mit den Partnern IAB Weimar, EDAC Bauhaus-Universität Weimar und dem Institut für Automation und Kommunikation e.V. Magdeburg.
Die Zustandsbewertung erdverlegter Infrastruktur zur proaktiven Schadensminderung und Gewinnung von anwendungskonkreten Entscheidungshilfen im Erdbebenfall ist notwendig, um ressourcenschonend und nachhaltig agieren zu können. Das Ziel des Vorhabens ZUVERSICHT ist die Entwicklung einer Methodik zur Abschätzung potentieller Schäden für die kritische Bestandsinfrastruktur. Hierbei gilt es, die Gefährdungs- und Schadenspotenziale von Leitungsnetzen und risikomindernde Faktoren zu untersuchen. Im Projekt werden von mikroskaligen Bewertungen der Rohrmaterialien bis hin zur makroskaligen Betrachtung der Leitungsnetzstruktur Untersuchungen durchgeführt. Es wird ein digitales Simulationsmodell entwickelt, mit dem präventive Maßnahmen zur Verringerung der Verletzlichkeit geplant werden können. In Detailstudien und Experimenten werden Ergebnisse zu Schadensvorgängen und Wirkmechanismen gewonnen. Ausgehend davon wird die Verletzbarkeit von erdverlegten Leitungen klassifiziert und in einem webbasierten Simulationstool zur Gefährdungsbeurteilung mit Entscheidungshilfen zur proaktiven Schadensminderung integriert und evaluiert.
Die Verbesserung des Verständnisses über die Folgen von Erdbeben auf die erdverlegte Infrastruktur mittels anwenderfreundlicher Visualisierung von Ereignisszenarien leistet einen Beitrag zur Vorsorge und Risikokommunikation. Die Schaffung methodischer Grundlagen und anwendungsorientierter Tools zur Gewinnung von Entscheidungshilfen zur Schadensminderung kritischer Infrastruktur stärkt die Erkenntnisgrundlage der Geoforschung für Nachhaltigkeit.
Abschlussbericht: DOI:10.2314/KXP:1913602249, edocs.tib.eu/files/e01fb25/1913602249.pdf Kostenfrei zugänglich
Weitere Informationen:
BMWi-Projekt "FW-Instandhaltung"
Es besteht derzeit eine große Unsicherheit bei der Einschätzung der Nutzungsdauer von Fernwärmeleitungen. Jegliche Instandhaltungsstrategien für Wärmenetze sind deshalb mit solchen Unsicherheiten behaftet. Gleiches gilt damit auch für die Haushaltsplanung der betroffenen Unternehmen und Einrichtungen. Je größer das Wärmenetz desto größer sind diese Unsicherheiten für die Planung der Unternehmen, je dringlicher werden zuverlässige Instandhaltungsstrategien benötigt. Gleichzeitig sind die Unsicherheiten bei kleinen Wärmenetzen genauso vorhanden. Eine durch Regelwerke gestützte Instandhaltungsstrategie für Nahwärmenetze ist bisher nicht etabliert.
Seit einigen Jahren wird seitens des Fachverbands AGFW eine Schadensstatistik für Wärmenetze aufgebaut, die bereits erste Aussagen für eine Instandhaltungsstrategie erlaubt. Es ist die einzige bekannte Schadensstatistik für Wärmenetze in Deutschland. Die Nutzung der AGFW Schadensstatistik ist integrativer Bestandteil des Forschungsvorhabens und soll zu verbesserten Methoden und Konzepten für Instandhaltungsstrategien führen.
Mit dem Forschungsprojekt „Entwicklung von neuen und verbesserten Instandhaltungsstrategien für kleine und große Wärmenetze durch Kombination statistischer Alterungsmodelle mit materialbasierten Nutzungsdauermodellen“ werden nun statistische Auswertungen vorhandener Schadens- und Störungsdaten durch zusätzliche Stützpunkte zum Beispiel aus thermischen Alterungsmodellen für die Dämmung, als auch Schadensakkumulationstheorien ergänzt. Die Anwendungsmöglichkeiten neuer und verbesserter Fernwärme-Instandhaltungsstrategien erstrecken sich über die gesamte Wärme-Infrastruktur. Ziel ist es diese verbesserten Instandhaltungsstrategien zu entwickeln. Die Algorithmen werden an realen Wärmenetzen getestet und weiterentwickelt.
Kunststoffmantelverbundrohr sind ein wichtiger Bestandteil von Fernwärmesystemen, da sie für den Transport von Warmwasser von der Heizzentrale zu den einzelnen Gebäuden verwendet werden. Eine regelmäßige Wartung ist notwendig, um die optimale Leistung und Langlebigkeit dieser Rohre zu gewährleisten. Die herkömmlichen Wartungsmethoden sind jedoch reaktiv und können zu unerwarteten Ausfallzeiten und Reparaturkosten führen.
Um dieses Problem anzugehen, bietet dieses Projekt eine vorausschauende Wartungslösung auf der Grundlage von Algorithmen des maschinellen Lernens. Das Modell analysiert verschiedene Parameter wie Temperatur, Größe und Länge, um den Zustand der Rohre vorherzusagen und bei Bedarf proaktiv eine Wartung zu planen.
Das Projekt "Instandhaltung-FW" zielte darauf ab, die verfügbaren deterministischen Modelle und Ansätze der Künstlichen Intelligenz zu einem kombinierten Modell zusammenzuführen, um eine bessere Vorhersage der Lebensdauer unter Berücksichtigung der Betriebseigenschaften des Fernwärmenetzes zu ermöglichen.
Der Projektbericht ist unter der ISBN 3-89999-093-5 veröffentlicht worden.
English:
Pre-insulated bounded pipes are an important component of district heating systems, as they are used to transport hot water from the central heating plant to individual buildings. Regular maintenance is necessary to ensure the optimal performance and longevity of these pipes. However, traditional maintenance methods are reactive and can result in unexpected downtime and repair costs.
To address this issue, this project provides a predictive maintenance solution based on machine learning algorithms. The model analyzes various parameters such as temperature, size, and length, to predict the condition of the pipes and proactively schedule maintenance when necessary.
The project "Instandhaltung-FW" aimed to bring the available deterministic models and Artificial Intelligence approaches together to form a combined-model for a better lifetime prediction considering to the operational propertoies of the district heating network.
The project report has been published with the ISBN 3-89999-093-5
Weitere Forschungsbereiche
Die Versorgungsinfrastruktur unserer Siedlungsgebiete ist diversen Alterungsvorgängen unterworfen. Je nach Leitungstyp können diese Vorgänge sehr unterschiedlich sein und haben unterschiedliche Ursachen. Statistische Ausfallfunktionen von Leitungen stehen bei der Zustandsbewertung den auf Materialermüdung basierenden Schadensakkumulationstheorien gegenüber.
Der Tiefbau macht einen hohen Anteil der Baukosten beim Netzausbau aus. Kostensenkungspotenziale in diesem Bereich sind erwünscht. Die Abweichung von standardisierten Verfahren nach dem Stand der Technik ist eine Möglichkeit Kostensenkungspotenziale zu aktivieren. Dies muss aber mit Bedacht geschehen, da auch Gewährleistungsfragen damit im Zusammenhang stehen. Es wird untersucht welche Kostensenkungspotenziale im Bereich Reduktion der Grabengeometrien, dem Einsatz anderer Verfüllmaterialien und dem Einsatz von Grabenfräsen zu erwarten sind. Im Rohrbau wird Kostensenkungspotenzial im Bereich des Einsatzes neuer Materialien und Rohrleitungstypen, wie z.B. das Doppelrohr in der Wärmeverteilung, vermutet.
Die Berechnung und Bemessung von Fernwärmeleitungen, die als Kunststoffverbundmantelrohr ausgeführt werden, ist in der Europäischen Norm EN 13941 geregelt. Die darin enthaltenen Bemessungsalgorithmen haben sich seit Jahrzehnten bewährt und es treten bei deren Anwendung und fachgerechter Bauausführung keine systematischen Schäden auf. Dabei basiert die Bemessung nach EN 13941 zum Teil auf recht groben Annahmen, die durch hohe Sicherheitsfaktoren ausgeglichen werden.
Untersuchungen haben gezeigt, dass es möglich ist, mit verfeinerten Annahmen die Sicherheiten besser auszunutzen und damit wirtschaftliche Potenziale bei der Verlegung von Fernwärmeleitungen zu heben. Dabei handelt es sich hierbei um Einzeluntersuchungen, die insgesamt auf eine breitere Basis gestellt werden müssen. Beispielhaft für diese Reserven zeigt die unten stehende Abbildung die Bruchkurven für Scherfestigkeitsuntersuchungen an Fernwärmerohren. Es ist zu erkennen, dass für die Übertragung der Scherfestigkeit immer eine Mindestverschiebung erforderlich ist. Nach EN 13941 wird ein Vollverbund vorausgesetzt, bei dem die Dehnung direkt übertragen wird. Es treten im Modell keine Relativverschiebungen auf. Es sind systematische Untersuchungen geplant, die Potenziale für eine wirtschaftlichere Bemessung von Fernwärmeleitungen aufzeigen werden. Die verfeinerten Berechnungsmethoden sollen entwickelt und verfügbar gemacht werden.
Ein weiterer Aspekt bei der Auslegung von Fernwärmeleitungen ist der Einfluss des Lastkollektivs. Eine derzeit insbesondere von Dänemark aus geführte Diskussion befasst sich mit der Absenkung der Vorlauftemperatur im Netz zu Reduktion der Wärmeverluste. Gleichzeitig wird von einer Diversifizierung und Dezentralisierung der Wärmeerzeugung für Wärmenetze ausgegangen, was eine Erhöhung der Temperaturschwankungen im Netz zur Folge hat. Die für die Tragfähigkeit günstige Absenkung des Temperaturniveaus steht damit ansteigenden Wechsellasten gegenüber, die für die Tragfähigkeit ungünstig sind. Ein rohrstatisch abgesicherter Umgang mit sinkenden Temperaturen und steigenden Wechsellasten existiert derzeit nicht.
Der grabenlose Leitungsbau ist ein etabliertes Verfahren, das seit Jahrzehnten in vielen Sektoren erfolgreich eingesetzt wird. Der dabei erforderliche Umgang mit dem umgebenden Baugrund wirft dabei immer wieder Fragen auf, denen bei der Baumaßnahme begegnet werden muss. Dazu gehört einerseits der angreifende Erddruck auf den Rohrumfang und die wirksamen Kontaktflächen für die Reibkraftübertragung. Gerade große Baumaßnahmen müssen daher sorgfältig durchdacht und geplant werden. Komplexe Fragestellungen ergeben sich, wenn es während der Baumaßnahme zu Stillstandszeiten kommt oder die Leitung nach einer bestimmten Zeit in Betrieb genommen wird und die angreifenden Kräfte für die statische Auslegung der Leitung bekannt sein müssen.
Abschlussarbeiten sind sehr individuelle Prüfungsleistungen. Um eine gute Note erreichen zu können, ist es ratsam sich über die eigene Motivation Klarheit zu verschaffen. Was motiviert Sie? Akademische Herausforderungen oder Praxisnähe? Labor oder Computersimulation? Im Prinzip ist alles möglich. Abschlussarbeiten lassen sich zudem in drei unterschiedlichen Formen realisieren:
(*) Freies Thema, nur an der HCU betreut
(*) Thema mit Bezug zu einem Forschungsprojekt an der HCU
(*) Kooperative Arbeit mit einem Unternehmen
Inhaltlich muss das Thema bei inhaltlichen Schwerpunkten der Professur angesiedelt sein, z.B. Leitungsbau oder Energie. Einige Beispiele sind nachfolgend aufgeführt. Bei Interesse können sich Studierende per E-Mail oder in Raum 5.007 und 5.008 melden.
***
Theses are very individual examinations. In order to achieve a good grade, it is advisable to clarify your own motivation. What motivates you? Academic challenges or practical relevance? Laboratory or computer simulation? In principle, everything is possible. Theses can also be realized in three different forms:
(*) Free topic, only supervised at the HCU,
(*) Topic related to a research project at the HCU,
(*) Cooperative work with a company.
In terms of content, the topic must be part of the focus of the professorship, e.g. pipeline construction or energy. Some examples are listed below. If you are interested, students can contact us by e-mail or in rooms 5.007 and 5.008.
Checkliste für Abschlussarbeiten - Checklist for theses
Download:
Themen * Topics
- Technologien für die Erdkabelverlegung zur Verteilung elektrischer Energie * Technologies for underground cable laying for the distribution of electrical energy
- Untersuchung zum Tragverhalten und zur Alterung von Kompensatoren warmgehender Leitungen * Investigation of the load-bearing behaviour and ageing of compensators in DH systems
- Untersuchung unterschiedlicher Schadensakkumulationshypothesen bei der Bewertung der Gebrauchsdauer von Leitungen *
- Investigation of different damage accumulation hypotheses in the evaluation of the service life of pipelines
- Untersuchung zur Auswirkung von Setzungsunterschieden auf die Gebrauchstauglichkeit von erdverlegten Rohrleitungen * Investigation of the effect of settlement differences on the serviceability of underground pipelines
- Überprüfung der spartenübergreifenden Übertragbarkeit von statistischen Lebensdauermodellen für Rohrleitungen * Verification of the cross-sectorial transferability of statistical service life models for pipelines
- Einsatz von Geotextilien im Leitungsbau * Use of geotextiles in pipeline construction
- Untersuchung zum Vorspannverlust erdverlegter, warmgehender Leitungen * Investigation of the prestressing loss of buried, hot pipes
- Untersuchung zum Wurzelschutz von Rohrleitungen * Investigation of the root protection of pipelines
- Vergleich der Berechnungsverfahren für die Einzugskräfte beim HDD-Verfahren (z.B. nach NEN3651, AGA-Methode,...) *
- Comparison of the calculation methods for the draw-in forces in the HDD method (e.g. according to NEN3651, AGA method,...)
- Zeitweise Fließfähige Selbstverdichtende Verfüllmaterialien * Temporarily flowable self-compacting backfilling materials
- Einfluss von Erdfällen auf Rohrleitungen * Influence of sinkholes on pipelines
- Grabenloser Leitungsbau mit dem Keyhole Verfahren * Trenchless pipeline construction using the keyhole method
- Beanspruchung von Dichtungssystemen im Rohrleitungsbau * Stress on sealing systems in pipeline construction
- Abrasionsverhalten grabenlos verlegter Rohrleitungen - Quantifizierung und Schutzmaßnahmen * Abrasion behaviour of trenchless pipelines - Quantification and protective measures
Erfolgreiche Masterarbeiten
- The influence of non-temperature weather variables on heat demand of buildings (2021)
- Wasserstoffverträglichkeit von Gasnetzen (2021)
- Systematischer Marktüberblick und Analyse der Einflussfaktoren auf die Marktdurchdringung von Fernwärme im deutschen Wärmemarkt (2021)
- Power To Bitcoin, Ein alternatives dezentrales Nutzungskonzept für Überschussstrom aus der Stromerzeugung aus Photovoltaik (2020)
- Development of District Cooling Networks as a Climate Change Mitigation and Adaptation Measure (2020)
- BIM as a Tool for Sustainable Material Decision-Making (2020)
- A lifecycle assessment of high-rise buildings for cutting the building foundation’s embodied carbon in coastal areas (2020)
- Environmental Footprints of Office Workspaces (2020)
- A Multiple Linear Regression Model Analysis for the Electricity Transmission Network in Germany and Bordering Countries (2020)
- Impact of Wind Farm Control Strategies on Turbine Structures (2019)
- Quantifity determination of specific arbitrary substandes in heterogeneous construction materials to receive reliable information of structure condition over service life - A study of aggregate identification in concrete specimens (2019)
- Untersuchung der technischen und wirtschaftlichen Voraussetzungen gebäudeseitiger oder netzgebundener Installation von Wärmepumpen für den Gebäudebestand (2019)
- Analyse des Berstlining-Verfahrens als grabenloses Rohrsanierungsverfahren und seine Auswirkungen auf die Spannungszustände im Boden Randbedingungen, Bodenbelastung und internationaler Vergleich (2017)
- The Potential for Waste Heat Utilization in an industrial zoning district: a case study of billbrook-rothenburgsort in Hamburg (2017)
Erfolgreiche Bachelorarbeiten
- Beitrag zur Berechnung zulässiger Betriebsdrücke erdverlegter Fernwärmeleitungen (2021)
- Erddruckberechnung auf Abwasserrohrleitungen unter besonderer Berücksichtigung des Siloeffekts (2021)
- Untersuchung des Interaktionsverhaltens zwischen erdverlegten Kabelverbindungen und Bettungsmaterial (2020)
- Untersuchung der Messtechniken für die Planung, Ausführung und Qualitätssicherung von grabenlosen Leitungsbaumaßnahmen (2020)
- Untersuchung der Nutzung, Verteilung und Erzeugung von Wasserstoff für die energetische Versorgung von Gebäuden (2020)
- Möglichkeiten und Grenzen der leitungsgebundenen Verteilung und der Speicherung von Wasserstoff (2019)
- Vergleich verschiedener Berechnungsverfahren für die erforderlichen Zugkräfte im Horizontalspülbohrverfahren (2019)
- Untersuchung des Lastkollektivs erdverlegter Kabelverbindungen bei der Installation und im Betrieb (2019)
- Analytische und numerische Untersuchung zur Interaktion zwischen Rohrleitungen und zeitweise fließfähigen Verfüllmaterialien (2018)
- Untersuchung der Effizienz von Wärmenetzen bei Absenkung der Betriebstemperaturen (2018)
- Technologien für die Erdkabelverlegung zur Verteilung von elektrischer Energie (2018)
- Rohrstatik für Fernwärmeleitungen in Erdbebengebieten (2017)
- Möglichkeiten und Grenzen der Qualitätssicherung von ZFSV im Vergleich mit konventioneller Grabenverfüllung (2017)
(Wer welche Arbeit erstellt hat, ist aufgrund der Bestimmungen des Datenschutzes nicht angegeben.)
| Autor und Titel|Informationen zur Quelle|Modulverweis|Bibliotheksverweis |
| Zeitschrift 3R|Fachzeitschrift|BiW-B-Mod-605| |
| Handbuch für den Rohrleitungsbau, Günter Wossog|Band 1 und 2, 4. Auflage, 2015|BiW-B-Mod-605| |
| Hinweise für die Herstellung und Verwendung von zeitweise fließfähige, selbstverdichtende Verfüllbaustoffe (ZSFV) im Erdbau|Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, H ZFSV, Arbeitsgruppe Erd- und Grundbau, W1, FGSV Verlag Köln, ISBN: 978-3-86446-033-3, 2012|BiW-B-Mod-605|Fc 635.563 |
| Rohrleitungstechnik, Walter Wagner|Vogel Buchverlag, 2006|BiW-B-Mod-605| |
| Stein D., Stein R., „Instandhaltung von Kanalisationen“|1008 S., ISBN 978-3-9810648-4-1 Verlag Prof. Dr.-Ing. Stein & Partner GmbH, 2014|BIW-M-Mod 209|Fd 1176 |
| Stein, D., „Grabenloser Leitungsbau“|1. Auflage, Gebundene Ausgabe - 1166 Seiten, Ernst & Sohn Verlag, 2003, ISBN: 3433017786|BIW-M-Mod 209|Fd 1250 |
| Willoughby D:A: „Horizontal Directional Drilling: Utility and Pipeline Applications” |Digital Engineering Library @ McGraw-Hill -The McGraw-Hill Companies, Inc., 2005|BIW-M-Mod 209| |
| Schlabbach J., Elektroenergieversorgung: Betriebsmittel, Netze, Kennzahlen und Auswirkungen der elektrischen Energieversorgung|VDE-Verlag, 2009|| |
| Weidlich I., „Erddruck auf Rohre“|1. Auflage, ISBN 3-89999-027-7, 227 Seiten, 2012|BIW-M-Mod 209|ZI 6130 002 |
| AGFW, Technisches Handbuch Fernwärme|3. Auflage, ISBN 3-89999-039-0, Autorenkollektiv, 3. Auflage, Hrsg. AGFW e.V.|| |
| Heuck K., et al. Elektrische Energieversorgung|Verlag, ISBN 978-3-8348-1699-3, 9. Auflage, 2013||E-book |
| Krimmling J., ‚Energieeffiziente Nahwärmesysteme|Fraunhofer IRB Verlag, ISBN 978-3-8167-8342-8, 2011||En 420 |
- Shokouhi, S., & Weidlich, I. (2025). An LCA Study of Various Office Building Shapes Focusing on Operational Energy—A Case of Hamburg. Sustainability, 17(4), 1659. doi.org/10.3390/su17041659
- Wieland A., Dollhopf S., Weidlich I., Pourbozorgi Langroudi P. (2024) "Heat Loss Determination of District Heating Pipelines. A Comparison of Numerical and Analytical Methods", Environmental and Climate Technologies, Volume 28 (2024): Issue 1, doi.org/10.2478/rtuect-2024-0070
- Weidlich, I., Dollhopf, S. & Hay, S. (2024) "Alternative Backfill Materials for Sustainable District Heating Systems". Environmental and Climate Technologies, Riga Technical University, vol. 28 no. 1, pp. 639-651. doi.org/10.2478/rtuect-2024-0050
- Weidlich I., Vuthi P., Bechtel S. (Hrsg.) (2024) "2. Konferenz der norddeutschen Wärmeforschung : Book of Abstracts : 19.-20. September 2024 HafenCity Universität", HafenCity Universität, nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:1373-repos-13553; ISBN:978-3-947972-83-8, DOI: 10.34712/142.56
- Andretzky M., Prein T., Weidlich I., Madan V., Langroudi P., Illguth M., (2024) „Qualitätsprüfung von KMR-Systembauteilen Prüfung von Kunststoffmantelrohrverbindungen“ Abschlussbericht zum Vorhaben, Technik und Normung Heft 01/2024, ISBN 3-89999-102-8, Verlag: AGFW-Projektgesellschaft für Rationalisierung, Information und Standardisierung mbH
- Weidlich I., Dollhopf S., (2024) "Auswirkungen auf Kanäle und Leitungen bei der Verwendung von Verfüllbaustoffen nach der Ersatzbaustoffverordnung", 3R, 01-02, 2024, pp. 68-73, ISSN 2191-9798, Vulkan Verlag
- Ravinet J., Weidlich I., (2024) "Short Comparison of District Heating Development Potential in Germany and France", EuroHeat&Power, I/2024, pp. 40-45, ISSN 1613-0200-226983390/su17041659
- Schwarz J., Beinersdorf S., Banushi G., Weidlich I., Alex J. (2023) "Zustandsbewertung von erdverlegter systemrelevanter Infrastruktur zur proaktiven Charakterisierung von Schäden und Gewinnung von technisch realen Entscheidungshilfen", Schlussbericht, BMBF Forschungsvorhaben, DOI:10.2314/KXP:1913602249, edocs.tib.eu/files/e01fb25/1913602249.pdf Kostenfrei zugänglich
- Weidlich I., "Empirical Sand Properties in Sand Box Tests According to EN 489", EuroHEAT&POWER, I/2023, pages 34-38, VDE-Verlag GmbH, ISSN: 1613-0200-22698
- Hay S., Huther H., Langroudi P., Weidlich I., Kropp, I., "Instandhaltung-FW: Preparing the ground on the pathway to predictive maintenance in district heating", The 18th International Symposium on District Heating and Cooling, September 3–6, 2023, Beijing, China
- Doyle L., Weidlich I., (2022) "Restricted Use of Diisocyanates for Polyurethane Foam: Which Insulation will DH Pipes use?", EuroHeat & Power, IV-2022, ISSN 1613-0200-22698
- Doyle L., Weidlich I. (2022) "Hydrolytic degradation of closed cell Polyethylene terephthalate foams. The role of the mobile amorphous phase in the ductile-brittle transition", Polymer Degradation and Stability, Volume 202, August 2022, 110022, Elsevier, doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2022.110022
- Doyle L., Weidlich I. (2022) "Moisture Uptake and Effects of Hygrothermal Exposure on Closed-Cell Semicrystalline Polyethylene Terephthalate Foam", Polymer Degradation and Stability, Vol. 202, August 2022, 110009, Elsevier, doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2022.110009
- Doyle L., Weidlich I. (2022) "Kreislaufwirtschaft für die Fernwärme durch eine nachhaltige Dämmung", bbr 03-2022, 73. Jahrgang, ISSN 1611-1478, wvgw Verlag Bonn
- Hay, S.; Huther, H.; Sercan-Çalışmaz, K.; Weidlich, I.; Pourbozorgi Langroudi, P.; Kropp, I.; Kästner, A.(Eds.) (2022): EnEff:Wärme - Entwicklung von neuen und verbesserten Instandhaltungsstrategien für kleine und große Wärmeverteilnetze durch Kombination statistischer Alterungsmodelle mit materialbasierten Nutzungsdauermodellen. Instandhaltung-FW. AGFW-Projektgesellschaft für Rationalisierung, Information und Standardisierung; AGFW, Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK; HafenCity Universität Hamburg; 3S Consult GmbH. Frankfurt am Main: AGFW Projektgesellschaft für Rationalisierung Information und Standardisierung mbH (Forschung und Entwicklung / AGFW, Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK, Heft 63)
- Banushi G. (2022) Performance of operating district heating pipelines subjected to thermal aging and fatigue. In: Weidlich I. (ed.) Technisches Infrastrukturmanagement, Einblicke * Technical Infrastructure Management, Insights. HafenCity Universität, Hamburg, doi.org/10.34712/142.21, ISBN: 978-3-947972-33-3
- Büschken S. (2022) Nachhaltigkeit im Tiefau – zeitweise fießfähige, selbstverdichtende Verfüllbaustofe unter Verwendung von Recycling-Material. In: Weidlich I. (ed.) Technisches Infrastrukturmanagement, Einblicke * Technical Infrastructure Management, Insights. HafenCity Universität, Hamburg, doi.org/10.34712/142.21, ISBN: 978-3-947972-33-3
- Dollhopf S. (2022) Vergleichende Bilanzierung des Treibhauspotenzials und des Primärenergiebedarfs verschiedener Rohrwerkstofe bei dem Bau von Abwasserkanälen. In: Weidlich I. (ed.) Technisches Infrastrukturmanagement, Einblicke * Technical Infrastructure Management, Insights. HafenCity Universität, Hamburg, doi.org/10.34712/142.21, ISBN: 978-3-947972-33-3
- Doyle L. (2022) Determinaton of the melting point depression of PB-1-CO₂ solutions through image analysis. In: Weidlich I. (ed.) Technisches Infrastrukturmanagement, Einblicke * Technical Infrastructure Management, Insights. HafenCity Universität, Hamburg, doi.org/10.34712/142.21, ISBN: 978-3-947972-33-3
- Lottis D. (2022) A Digital Twin for the “District LAB” Test Facility: Background, Ideas and current Actvites. An Overview. In: Weidlich I. (ed.) Technisches Infrastrukturmanagement, Einblicke * Technical Infrastructure Management, Insights. HafenCity Universität, Hamburg, doi.org/10.34712/142.21, ISBN: 978-3-947972-33-3
- Madan V. & Illguth M. (2022) Wärmeverluste von Kunstofmantelrohrverbindungen. In: Weidlich I. (ed.) Technisches Infrastrukturmanagement, Einblicke * Technical Infrastructure Management, Insights. HafenCity Universität, Hamburg, doi.org/10.34712/142.21, ISBN: 978-3-947972-33-3
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- Weidlich I. (2022) Erddruckmessung in einer Sandkiste nach EN 489 * Earth pressure measurement in a sandbox according to EN 489. In: Weidlich I. (ed.) Technisches Infrastrukturmanagement, Einblicke * Technical Infrastructure Management, Insights. HafenCity Universität, Hamburg, doi.org/10.34712/142.21, ISBN: 978-3-947972-33-3
- Hay S., Weidlich I., Wolf I., Villalobos F., (2022) "Pipe axial displacements from a monitored pipeline connected to a district heating network", Proceedings of the Institution of Civil Engineers -Energy, ISSN 1751-4223 | E-ISSN 1751-4231, doi.org/10.1680/jener.21.00100
- Weidlich I. (2022) Wärmetechnische Auslegung von Fernwärme- und Heißwasserleitungen. In: Horlacher HB., Helbig U. (eds) Rohrleitungen. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg. doi.org/10.1007/978-3-642-45027-3_51-2
- Doyle, L. (2021) “Extrusion foaming behavior of polybutene-1. Toward single-material multifunctional sandwich structures”, Applied Polymer Science, Wiley Online Libary, onlinelibrary.wiley.com/ doi/10.1002/app.51816
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- Pourbozorgi Langroudi, Pakdad; Weidlich, Ingo; Stefan, Hay (2021): Backward simulation of temperature changes of District Heating networks for enabling loading history in predictive maintenance. In: Energy Reports. Online verfügbar unter doi.org/10.1016/j.egyr.2021.09.031.
- Peters I., Dochev I., Weidlich I., "Diskussion um die Fernwärmeversorgung in Hamburg", EuroHeat&Power, 9-2021, pp. 20-23, ISSN 0949-166X-D9790F
- Pourbozorgi Langroudi P., Kapteina G., Illguth M., "Automated Distinction between Cement Paste and Aggregates of Concrete Using Laser-Induced Breakdown Spectroscopy", MDPI Journal Materials, Vol. 14, Issue 16, 4624, doi.org/10.3390/ma14164624
- Madan V., Weidlich I. "Investigation on relative heat losses and gains of heating and cooling networks". Conference of Environmental and Climate Technologies (CONECT). 12-14 May 2021, Riga, Latvia
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