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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlegen von Fernwärme-Kunststoffmantel-Verbundrohren
in einem vorhandenen Haubenkanal.
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Im
allgemeinen werden in der Fernwärmeversorgung
heutzutage sogenannte Kunststoffmantel-Verbundrohre (kurz: Verbundrohre)
benutzt. Derartige Verbundrohre weisen im Kernbereich ein Stahlrohr
zum Leiten von Warmwasser auf. Ferner ist als äußerer Mantel ein Kunststoffrohr
vorgesehen, vorzugsweise ein Polyethylenrohr. Der Zwischenraum zwischen
dem Stahlrohr und diesem Kunststoffmantel ist mit einem Schaumstoff
ausgefüllt,
vorzugsweise einem Polyurethanschaum, der zur Wärmeisolierung dient.
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Es
ist in der Fernwärmeversorgung
heute mehr und mehr üblich,
Dampfrohrnetze gegen Warmwasserrohrnetze auszuwechseln. Wenn die Stahlrohre
eines Dampfrohrnetzes in Haubenkanälen verlegt sind, siehe z.B.
DE 94 02 613 U1 ,
werden die Stahlrohre ausgebaut und Kunststoffmantel-Verbundrohre
in die vorhandenen Haubenkanäle
eingeschoben. Die Stöße zwischen
den Kunststoffmänteln zweier
benachbarter Kunststoffmantel-Verbundrohre werden jeweils mit einem Überschieber
(vorzugsweise aus Kunststoff, z.B. Polyethylen) geschlossen. Die Wärmeisolierung
an den Stößen im Bereich
der Muffen kann nach träglich
durch Montageschaum hergestellt werden, in der Regel durch Schäumen mit
Polyurethanschaum.
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Die Überschieber
ragen je nach Rohrdimension einige Millimeter über den normalen Außendurchmesser
des Kunststoffmantels der Verbundrohre hinaus, d.h. der Außendurchmesser
eines Überschiebers
ist größer als
der Außendurchmesser
der Kunststoffmantel-Verbundrohre.
Dies ist unproblematisch, falls die Verbundrohre in dem Haubenkanal auf
Abstandshaltern, z.B. Gleitkufen oder ähnlichen Einrichtungen, gelagert
werden, die eine Bewegung der fertig verlegten Rohrleitung ermöglichen,
insbesondere bei thermischer Ausdehnung.
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Vorteilhafter
wäre es,
die Verbundrohre in dem vorhandenen Haubenkanal in einem nachträglich eingebrachten
Material zu betten. In diesem Fall stören jedoch die vorragenden Überschieber,
denn an den Stellen, wo diese in bezug auf die Kunststoffmäntel vorspringen,
würden
Festpunkte entstehen, die bei Bewegung der Rohrleitung zu Schäden führen könnten.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verlegen von Fernwärme-Kunststoffmantel-Verbundrohren
in einem vorhandenen Haubenkanal zu schaffen, das kostengünstig ist
und bei thermischer Bewegung nicht zu Beschädigungen im Bereich der Überschieber
führt.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren zum Verlegen von Fernwärme-Kunststoffmantel-Verbundrohren
in einem vorhandenen Haubenkanal mit den Merkmalen des Anspruchs
1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Verlegen von Fernwärme-Kunststoffmantel-Verbundrohren
in einem vorhandenen Haubenkanal werden zunächst, wie in dem eingangs erwähnten vorbekannten
Verfahren, Kunststoffmantel-Verbundrohre hintereinander in dem Haubenkanal
angeordnet, vorzugsweise auf Abstandshaltern. Die Stöße zwischen den
Kunststoffmänteln
zweier benachbarter Kunststoffmantel-Verbundrohre werden jeweils
mit einem Überschieber
geschlossen, dessen Außendurchmesser
größer ist
als der Außendurchmesser
der Kunststoffmantel-Verbundrohre.
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Als
Abstandshalter können
z.B. Gleitkufen und/oder auf die Kunststoffmäntel der Kunststoffmantel-Verbundrohre
aufgeschobene Distanzringe verwendet werden, die einen Abstand zwischen
der Sohle des Haubenkanals und den Kunstoffmänteln der Kunststoffmantel-Verbundrohre
gewährleisten, der
mindestens so groß ist
wie die größte Wandstärke der Überschieber.
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Danach
wird ein Füllstoff
in den Haubenkanal eingebracht. Das spezifische Gewicht des Füllstoffs
ist im Verarbeitungszustand geringer als das mittlere spezifische
Gewicht des Kunststoffmantel-Verbundrohrs (gemittelt über den
Querschnitt des Kunststoffmantel-Verbundrohrs). Dabei wird vorzugsweise
das mittlere spezifische Gewicht des Kunststoffmantel-Verbundrohrs
durch zumindest teilweises Befüllen
mit Wasser erhöht.
Das spezifische Gewicht des Füllstoffs
im Verarbeitungszustand muß also
kleiner sein als das mittlere spezifische Gewicht des Kunststoffmantel-Verbundrohrs unter
Berücksichtigung
einer Wasserbefüllung.
Der Füllstoff nimmt
nach dem Einbringen eine Druckfestigkeit im Bereich von 1 N/mm2 bis 3 N/mm2 an,
vorzugsweise im Bereich von 1,5 N/mm2 bis
2,5 N/mm2.
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Der
Füllstoff
bildet ein Bett, in dem die Verbundrohre sicher verlegt sind. Im
Prinzip reicht es, den Füllstoff
in den unteren Bereich des Haubenkanals einzubringen, vorzugsweise
wird aber der gesamte Hohlraum zwischen den Verbundrohren und der
Innenwandung des Haubenkanals mit dem Füllstoff ausgefüllt. Hierdurch
wird gleichzeitig die Standfestigkeit der – je nach Alter des Haubenkanals – teilweise
instabilen Betonhauben des Haubenkanals wieder hergestellt, so dass
sich Einbrüche,
insbesondere bei starkem Straßenverkehr,
verhindern lassen.
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Erfindungsgemäß nimmt
der Füllstoff
nach dem Einbringen eine relativ geringe Druckfestigkeit in der
Größenordnung
von 2 N/mm2 an. Dies liegt deutlich über der
Druckfestigkeit von verdichtetem Sand und ist hoch genug, um für eine sichere
Bettung der verlegten Verbundrohre bzw. eine sichere Abstützung der
Betonhauben zu sorgen. Andererseits ist die Festigkeit des Füllstoffs
nicht so hoch, daß es
bei Bewegungen in der Rohrleitung, insbesondere thermischen Bewegungen,
zu Schäden
im Bereich der vorspringenden Überschieber
kommt.
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Das
spezifische Gewicht des Füllstoffs
im Verarbeitungszustand ist so gering, daß die Verbundrohre durch den
Auftrieb im Füllstoff
nicht aufschwemmen können.
In der Regel wird diese Bedingung erst durch Befüllen der Verbundrohre mit Wasser
erreicht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist der Füllstoff
einen hydraulisch abbindenden Trockenmörtel auf. Derartige Füllstoffe
werden z.B. von der Anneliese Baustoffe für Umwelt und Tiefbau GmbH & Co. KG (AZ BUT)
unter der Marke "Dämmer" vertrieben. Zum
Verarbeiten wird der Füllstoff
mit Wasser versetzt. Die Konsistenz des Füllstoffs im Verarbeitungszustand
hängt vom
Wassergehalt ab. Bei den "Dämmer"-Füllstoffen
sinkt die Endfestigkeit (also die Druckfestigkeit, die der Füllstoff
nach dem Einbringen annimmt), gemessen nach 28 Tagen, mit steigendem Wassergehalt.
Damit sich der Füllstoff
gut verarbeiten läßt, wird
seine Konsistenz durch Zugabe von Wasser vorzugsweise auf fließfähig bis
pumpfähig eingestellt.
In diesem Fall kann der Füllstoff
kostengünstig über eine
Eintrittsstelle in den Haubenkanal mit den darin angeordneten Verbundrohren
eingeleitet werden und verteilt sich dann selbstätig in der gewünschten
Weise.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird dem Füllstoff
ein Schaumbildner zugesetzt, der bei der Verarbeitung zu einem Aufschäumen des
Füllstoffs
führt.
Der Grad der Schaumbildung hängt
von der Art und Menge des Schaumbildners ab. Auf diese Weise lassen
sich das spezifische Gewicht des Füllstoffs verringern (z.B. auf
Dichten im Bereich von 0,6 g/cm3 bis 0,7
g/cm3) sowie die Druckfestigkeit nach dem
Einbringen beeinflussen, so daß die
Eigenschaften des Füllstoffs
in der gewünschten
Weise eingestellt werden können.
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Als
Füllstoff
eignet sich auch ein Schaumbeton nach DIN 4164. Derartiger Schaumbeton
wird aus Zement, Zuschlagstoffen wie z.B. Sand, Wasser und einem
Schaumbildner hergestellt. Der mit Hilfe des Schaumbildners separat
gefertigte Schaum kann volumenmäßig genau
dosiert zugeführt
werden, so dass sich gewünschte
Eigenschaften des Füllstoffs, z.B.
für die
Dichte und die Druckfestigkeit nach dem Abbinden, genau einstellen
lassen.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die Kunststoffmantel-Verbundrohre während des
Einbringens des Füllstoffs
und/oder für
eine vorgegebene Zeitdauer danach auf erhöhter Temperatur gehalten werden,
vorzugsweise der höchsten
im Betrieb zu erwartenden Temperatur. Dies kann durch Befüllen der
Kunststoffmantel-Verbundrohre mit heißem Wasser erreicht werden.
Unter diesen Bedingungen nimmt der Kunststoffmantel durch thermische
Expansion die Form an, die er später
auch im Betrieb hat, und liegt dann praktisch vollständig an
dem Füllstoff
an. Dadurch wird eine gute statische Belastbarkeit erreicht. Wenn
der Füllstoff
in ausreichendem Maße
ausgehärtet
ist, kann die Temperatur wieder abgesenkt werden.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Die
Zeichnungen zeigen in
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1 einen
schematischen Querschnitt durch einen Haubenkanal mit einem Dampfrohr
und einem Kondensatrohr der Fernwärmeversorgung,
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2 einen
schematischen Querschnitt durch den Haubenkanal aus 1,
nachdem das Dampfrohr und das Kondensatrohr durch zwei Kunstoffmantel-Verbundrohre
ausgetauscht worden sind,
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3 einen
schematischen Längsschnitt durch
die Verbindungsstelle zweier benachbarter Kunststoffmantel-Verbundrohre
und
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4 einen
schematischen Querschnitt durch einen als Abstandshalter dienenden
Distanzring.
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In 1 ist
in einem schematischen Querschnitt ein Haubenkanal 1 eines
Fernwärmenetzes dargestellt.
Der Haubenkanal 1 weist eine Sohle 2 und eine
Haube 4 auf. Im Ausführungsbeispiel
hat die Haube 4 eine innere Breite von 900 mm und eine
lichte Höhe
von 600 mm. In 1 sind eine Dampfleitung 6 (DN
350) und eine Kondensatleitung 7 (DN 150) eingezeichnet,
wie sie in alten Fernwärmenetzen üblich sind.
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Aus
betriebswirtschaftlichen Gründen
werden heute alte Dampfrohrnetze gegen Warmwasserohrnetze ausgewechselt.
Dazu werden die Dampfleitung 6 und die Kondensatleitung 7 aus
dem Haubenkanal 1 entfernt und anschließend neue Rohre in den Haubenkanal 1 eingebaut.
Die 2 zeigt den Zustand mit den neuen Rohren, nämlich einer
Vorlaufleitung 8 und einer Rücklaufleitung 9, in
schematischem Querschnitt. Die Vorlaufleitung 8 und die Rücklaufleitung 9 haben
in der Regel den gleichen Durchmesser und werden aus gleichartigen
Rohrelementen zusammengesetzt.
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Im
Ausführungsbeispiel
sind diese Rohrelemente Kunststoffmantel-Verbundrohre 10. Wie in 2 und
dem schematischen Längsschnitt
in 3 gezeigt, enthält ein Kunststoffmantel-Verbundrohr 10 (im
folgenden: Verbundrohr 10) im zentralen Bereich ein Stahlrohr 12 (im
Ausführungsbeispiel
DN 200), während
die äußere Umhüllung von
einem Kunststoffmantel 14 gebildet wird (im Ausführungsbeispiel aus
Polyethylen). Der Raum zwischen dem Stahlrohr 12 und dem
Kunststoffmantel 14 ist mit Schaumstoff 16 ausgefüllt (im
Ausführungsbeispiel
Polyurethanschaum), der zur Wärmeisolierung
dient.
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Zum
Verlegen der Vorlaufleitung 8 bzw. der Rücklaufleitung 9 werden
Verbundrohre 10, z.B. ausgehend von einem Revisionsschacht
oder einer offenen Baustrecke, nacheinander in den Haubenkanal 1 eingeschoben,
so daß sie
hintereinander angeordnet sind.
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In 3 sind
in schematischer Weise zwei hintereinander angeordnete Verbundrohre 10 und 10' dargestellt.
Sie werden an einem Stoß 18 miteinander
verbunden. Über
den Stoß 18 wird
ein Überschieber 20 aus
Kunststoff geschoben. Im Ausführungsbeispiel
ist der Überschieber 20 als
Schrumpfmuffe von 600 mm Länge
gestaltet. Bei Erwärmung
zieht sich der Überschieber 20 an
seinen Enden 22 und 23 etwas zusammen und legt
sich dabei dicht an die Außenwandung
des Kunststoffmantels 14 der Verbundrohre 10, 10' an. An seinen
Enden 22 und 23 springt der Überschieber 20 etwa
5 mm gegenüber
dem Kunststoffmantel 14 vor, während in seinem mittleren Bereich 24 eine
zusätzliche
Stufe von ca. 10 mm ausgebildet ist.
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Durch
eine oder mehrere Öffnungen
in dem Überschieber 20,
die in den Figuren nicht dargestellt sind, lässt sich Montageschaum (vorzugsweise
Polyurethanschaum) in den Bereich an dem Stoß 18 einfüllen, um
die Wärmeisolierung
im Bereich des Stoßes 18 zu
ergänzen.
Diese Öffnungen
werden anschließend
durch Kappen verschlossen. Da der Haubenkanal 1 in der
Regel nicht begehbar ist, erfolgen diese Arbeiten in einem zugänglichen
Bereich, z.B. einem Revisionsschacht oder einer offenen Baustrecke,
vorzugsweise unmittelbar nach dem Verbinden der Verbundrohre 10 und 10', und anschließend werden
die bereits verbundenen Rohrelemente weiter in den Haubenkanal 1 vorgeschoben.
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Das
Vorschieben der Verbundrohre 10, 10' wird durch Abstandshalter erleichtert,
die den jeweilgen Kunststoffmantel 14 auf Abstand zu der
Sohle 2 des Haubenkanals 1 halten und auf denen
die Verbundrohre 10, 10' beim Vorschieben gleiten können. Im
Ausführungsbeispiel
dienen als Abstandshalter Distanzringe aus Kunststoff, z.B. Polyethylen,
die in Abständen
auf die Verbundrohre 10, 10' aufgesetzt werden. In 3 ist
ein derartiger Distanzring 26 eingezeichnet. Wie die Querschnittsdarstellung
in 4 zeigt, ist der Distanzring 26 mit Vorsprüngen 27 versehen.
Der Distanzring 26 sorgt für einen Abstand zwischen der
Sohle 2 und dem Kunststoffmantel 14, der etwas
größer ist
als der Betrag, um den der Überschieber 20 gegenüber dem
Kunststoffmantel 14 vorspringt.
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Nachdem
eine Anzahl von Verbundrohren 10 auf diese Weise miteinander
verbunden worden ist und die Verbundrohre 10 ihre endgültige Position
in dem Haubenkanal 1 eingenommen haben, wird in den verbleibenden
Hohlraum 30 innerhalb des Haubenkanals 1 ein Füllstoff
eingebracht. Damit die soweit verlegten Abschnitte der Vorlaufleitung 8 und
der Rücklaufleitung 9 dabei
nicht aufschwemmen, werden diese Leitungsabschnitte durch Füllung mit
Wasser beschwert.
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Als
Füllstoff
dient im Ausführungsbeispiel
ein hydraulisch abbindender Trockenmörtel, der von AZ BUT (siehe
oben) unter der Marke "Dämmer" vertrieben wird
(Produktinformation vom Januar 2001). Dieses Material wird
mit Wasser versetzt, um es in einen verarbeitbaren Zustand zu bringen.
Ferner wird ein Schaumbildner hinzugefügt. Das spezifische Gewicht
des Füllstoffs
und die Druckfestigkeit, die der Füllstoff nach dem Einbringen
und Aushärten
annimmt, lassen sich mit Hilfe des Schaumbildners einstellen, wobei
die Druckfestigkeit auch von der Wassermenge abhängt. Die beim Verarbeiten gewünschte Konsistenz
kann über
die Wassermenge bzw. die Menge des Schaumbildners beeinflusst werden.
Bevorzugt werden der fließfähige bis
pumpfähige
Konsistenzbereich.
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Im
Ausführungsbeispiel
wird fließfähig eingestellter "Dämmer"-Füllstoff über eine
Eintrittsstelle in den Hohlraum 30 eingepumpt und verteilt
sich dann von selbst gleichmäßig. Insbesondere
wird eine Bettung unter den Abschnitten der Vorlaufleitung 8 und der
Rücklaufleitung 9 ausgebildet,
die die Vorlaufleitung 8 und die Rücklaufleitung 9 nach
Aushärten
des Füllstoffs
sicher trägt.
Da im Ausführungsbeispiel
der gesamte verbleibende Hohlraum 30 innerhalb des Haubenkanals 1 mit
dem Füllstoff
gefüllt
wird, wird der Haubenkanal 1 gleichzeitig verfestigt und
in bezug auf Verkehrslasten stabilisiert.
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Die
Abschnitte der Vorlaufleitung 8 und der Rücklaufleitung 9 werden
im Ausführungsbeispiel während des
Einbringens des Füllstoffs
und für
eine vorgegebene Zeitdauer danach, bis der Füllstoff ausreichend ausgehärtet ist,
auf erhöhter
Temperatur gehalten, und zwar möglichst
der höchsten
im Betrieb zu erwartenden Temperatur. Dies erfolgt durch Befüllen mit
heißem
Wasser. Unter diesen Bedingungen nimmt der jeweilige Kunststoffmantel 14 durch thermische
Expansion die Form an, die er später auch
im Betrieb hat, und liegt dann praktisch vollständig an dem Füllstoff
an.
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Ein
weiteres Beispiel für
einen geeigneten Füllstoff
ist ein Schaumbeton gemäß DIN 4164
(Porenleichtbeton). Die Porosität
des Schaumbetons wird durch die Zugabe von vorgefertigtem Schaum während des
Mischens erreicht. Für
die Herstellung werden als Ausgangsmaterialien Zement (Portland- oder
Hochofenzemente gemäß EN 197-1),
Zuschlagstoffe wie z.B. Sand, Wasser und ein Schaumbildner benötigt. Typische
Wasser/Zement-Verhältnisse (w/z-Werte)
der Ausgangsmischung liegen bei 0,37 bis 0,45. Da sich der Schaum
volumenmäßig genau dosiert
zuführen
lässt,
kann die gewünschte
Dichte des Füllstoffs
nach dem Abbinden (Trockenrohdichte) ziemlich genau eingestellt
werden; die Druckfestigkeit hängt
von der Zementfestigkeitsklasse und der Trockenrohdichte ab.
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Als
Schaumbildner eignet sich z.B. ein Proteinhydrolysat, z.B. das von
der Dr. Richard Sthamer GmbH & Co.
KG, Hamburg, unter der Bezeichnung "Poroflex" vertriebene Schaummittelkonzentrat.
Dieses Konzentrat wird mit Wasser ungefähr im Verhältnis 1 : 40 gemischt, wobei
in einem Verschäumungsgerät ein Schaum
mit einem Gewicht von etwa 60 g/l bis 80 g/l entsteht. Dieser Schaum
kann mit herkömmlichen
Mischern gleichmäßig in Beton
eingearbeitet werden.