{"id":11792,"date":"2021-06-19T17:40:50","date_gmt":"2021-06-19T15:40:50","guid":{"rendered":"https:\/\/www.fachbau.ch\/?p=11792"},"modified":"2021-06-19T17:40:50","modified_gmt":"2021-06-19T15:40:50","slug":"energieef%ef%ac%81ziente-kuehl-und-heizloesung-fuer-frischbeton","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.fachbau.ch\/de\/der-bauingenieur\/2021-06-19\/energieef%ef%ac%81ziente-kuehl-und-heizloesung-fuer-frischbeton\/","title":{"rendered":"Energieef\ufb01ziente K\u00fchl-und Heizl\u00f6sung f\u00fcr Frischbeton"},"content":{"rendered":"
\"Eine
Eine Platteneisanlage mit integrierter Kaltwassererzeugung auf einem Eislager und containerisiertem Wassertank (rechts) und die KTI-Sauter-Heisswasseranlage (links) bedienen die Betonmischanlage.<\/figcaption><\/figure>\n

Gerade in klimatisch anspruchsvollen Re-gionen wie dem Nahen Osten, S\u00fcdost-asien oder Afrika, wo extreme Tempera-turen herrschen, ist eine umfassende Senkung der Betontemperatur noch beim Mischen erforderlich. Doch auch in kalten oder wechselhaften Regionen muss der Beton temperiert und damit beheizt wer-den: Eine zu kalte Charge kann sonst ge-frieren und so zu Struktursch\u00e4den im Bauteil f\u00fchren.<\/p>\n

Betontemperatur in klimatisch an-spruchsvollen Gebieten ist komplex<\/strong><\/p>\n

Dar\u00fcber hinaus haben sich in den letzten Jahrzehnten die Anforderungen auf Bau-stellen an den Umgang mit Beton ver-sch\u00e4rft. Gesetzgeber in vielen L\u00e4ndern stellen h\u00f6here Anspr\u00fcche an Festigkeit, Best\u00e4ndigkeit und Haltbarkeit des Be-tons, was sich auch in den geforderten Grenzwerten der Betontemperatur nie-derschl\u00e4gt. Zudem verlangen \u00f6ffentliche wie private Auftraggeber zur Vermeidung von nachtr\u00e4glichen Problemen mit der Qualit\u00e4t des Betons oftmals noch stren-gere Temperaturgrenzen f\u00fcr den Frisch-beton, die beispielsweise in L\u00e4ndern der arabischen Halbinsel trotz gesetzlicher Vorgabe von 30 \u00b0C je nach Projekt nur 25 \u00b0C und weniger betragen darf \u2013 und das bei bis zu 50 \u00b0C Aussentemperatur im Sommer. Nicht zuletzt kommen oft-mals neuartige High-Performance-Ze-mente zum Einsatz, die deutlich h\u00f6here Temperaturen beim Aush\u00e4rten entwickeln als Standard-Zemente. Auch die Frage nach der Energieef\ufb01zienz, die erst mit steigenden Strompreisen und knapper werdendem \u00d6l aufgetreten ist, stellt eine neue Herausforderung dar. Hierzu bedarf es Anlagen, die zwar einerseits eine sig-ni\ufb01kante Beein\ufb02ussung der Temperatur erreichen, aber auch andererseits Alter-nativen zu energieintensiven Methoden, wie beispielsweise dem Einsatz von Stickstoff, erm\u00f6glichen. Nicht zuletzt spielt gerade in urbanen R\u00e4umen der herrschende Platzmangel eine wach-sende Rolle. Die Systeme zur Betonk\u00fch-lung und -heizung sollen so kompakt wie m\u00f6glich gehalten sein, sodass auch bei kleinen Baustellen eine funktionierende Betontemperierung realisierbar ist.<\/p>\n

\"Platteneis
Platteneis (oben) und Scherbeneis (unten), als klassische Arten von Eis zur Betonk\u00fch-lung. Platteneis kann ca. 30\u201345 Prozent energieef\ufb01zienter produziert werden.<\/figcaption><\/figure>\n

Betonk\u00fchlung durch Eis \u2013 Platteneis als energieef\ufb01ziente Option<\/strong><\/p>\n

In Abh\u00e4ngigkeit von den klimatischen Bedingungen und dem konkreten Bau-vorhaben k\u00f6nnen dabei die m\u00f6glichen L\u00f6sungen zur Temperierung des Betons sehr unterschiedlich ausfallen. In einem exemplarischen Fall soll ein Tunnel bei gem\u00e4ssigtem Klima in der DACH-Region gebaut werden. Aufgrund gesetzlicher Bestimmungen muss der Beton beson-ders dicht gegen\u00fcber Sickerwasser sein, damit es zu keinem Eindringen von Feuchtigkeit und damit langfristigen Sch\u00e4den kommt (\u00abWeisse-Wanne-Be-ton\u00bb). Das hydratationsbedingte Entste-hen von Rissen muss somit unbedingt vermieden werden. Dies bedeutet jedoch erh\u00f6hte Anforderungen an die Tempera-tur der Betonmischung: Maximal 20 \u00b0C sind f\u00fcr den einzubringenden Baustoff erlaubt. Dazu ist trotz des milden Klimas vor allem im Sommer der Einsatz einer ef\ufb01zienten K\u00fchlvorrichtung n\u00f6tig. Um diese Grenze nicht zu \u00fcberschreiten und gleichzeitig ausreichend Beton bereit-stellen zu k\u00f6nnen, werden f\u00fcr die Vork\u00fch-lung mehr als 50 t Eis pro Tag ben\u00f6tigt. Da bei diesem Projekt vonseiten des Auf-traggebers grosser Wert auf Energieef\ufb01-zienz gelegt wurde, \ufb01el die Wahl auf die energieef\ufb01ziente Erzeugung von Platten-eis anstelle von Scherbeneis. Platteneis-anlagen sind je nach Umgebungsbedin-gung mit einem Verbrauch von circa 30\u201345 Prozent weniger Energie pro Tonne Eis sparsamer als vergleichbare Scherbeneisanlagen.<\/p>\n

Aggregatk\u00fchlung mit Luft als Alternative zu Eis<\/strong><\/p>\n

In tropischen Regionen wiederum, in de-nen Temperaturen um die 45 \u00b0C oder mehr herrschen k\u00f6nnen, kommen noch weitere Herausforderungen hinzu. So sol-len in einem weiteren Beispiel t\u00e4glich 1000 m3 in einem Werk f\u00fcr Transport-beton produziert werden, der bei allen Arten von grossen Bauwerken als Funda-ment verwendet wird. Um hier die regio-nal vorgegebene Zieltemperatur von 23,5 \u00b0C zu erreichen, k\u00f6nnte man wie im europ\u00e4ischen Fall auf den Einsatz von Platteneisanlagen zur\u00fcckgreifen, die,wenn gew\u00fcnscht, gleichzeitig auch Kalt-wasser erzeugen k\u00f6nnen. Jedoch w\u00e4re in diesem Fall selbst mit Einsatz von \u00fcber 78 kg Eis und 36 l Kaltwasser pro Kubik-meter Beton nur eine Frischbetontempera-tur von 28 \u00b0C erreicht worden. Dies war aufgrund des Wasser-Zement-Verh\u00e4ltnis-ses nicht m\u00f6glich und die Festigkeit des Betons h\u00e4tte nicht mehr gew\u00e4hrleistet werden k\u00f6nnen. Daher ist nun die Zu-schlagstoffk\u00fchlung als Erg\u00e4nzung zu Eis und Kaltwasser eingesetzt worden. Der f\u00fcr das Anmischen des Betons ebenfalls not-wendige Kies wird dabei in entsprechend grossen Silos mithilfe von durch D\u00fcsen eingeblasener Kaltluft vor dem Mischvor-gang herabgek\u00fchlt. Dabei wird die Aus-senluft angesaugt und gereinigt, damit sich die W\u00e4rmetauscher nicht zusetzen und somit eine konstante K\u00fchlleistung ge-w\u00e4hrleistet werden kann. Auf diese Weise wird die mechanische Wartung der Anlage auf ein Minimum reduziert. Die Luft ge-langt schliesslich \u00fcber ein mehrstu\ufb01ges K\u00fchlsystem mit W\u00e4rmetauscherpaketen von unten in das Siloinnere zum Kies, wo-durch die Temperatur der Zuschlagstoffe in diesem Beispielfall auf circa 20 \u00b0C gesenkt wird. In anderen F\u00e4llen dient die Zuschlagstoffk\u00fchlung auch als vollst\u00e4n-dige Alternative zur K\u00fchlung durch Eis. Im Ergebnis bleibt die Kombination von ge-k\u00fchltem Kies und Kaltwasser energetisch deutlich unter der Variante mit Eis, da die Abk\u00fchlung von Wasser ebenso wie von Luft weniger energieintensiv ist als die Herstellung von Eis. Aufgrund der Zusam-mensetzung von Beton (40\u201360 Prozent Kies) wirkt sich die K\u00fchlung dieses Zu-schlagstoffes ausserdem erheblich auf die Mischtemperatur aus und macht sie somit sehr effektiv. Ganz allgemein l\u00e4sst sich sagen, dass eine \u00c4nderung der Frisch-betontemperatur um 1 K durch eine \u00c4nde-rung der Temperatur der Gesteinsk\u00f6rnung um ca. 1,6 K bewirkt wird. Im Gegensatz dazu muss das zugegebene Wasser um 3,6 K abgek\u00fchlt werden, um den gleichen Abk\u00fchlungseffekt zu erzielen.<\/p>\n

Staudammbau als K\u00f6nigsdisziplin<\/strong><\/p>\n

In einem dritten und letzten Beispiel soll schliesslich eine der gr\u00f6ssten Herausfor-derungen bei der K\u00fchlung und Heizung von Beton illustriert werden: der Stau-dammbau. Das Szenario spielt diesmal in einer weit im S\u00fcden gelegenen Region des amerikanischen Kontinents, in der sowohl niedrige Temperaturen im Winter als auch h\u00f6here Temperaturen im Som-mer auftreten. Kennzeichnend f\u00fcr jedes Staudammprojekt sind die komplexen Anforderungen an den temperaturkon-trollierten Beton, welche vor allem aus den Dimensionen der massiven Beton-bauteile resultieren. So \ufb01ndet beim Aus-h\u00e4rten ab einer gewissen Distanz zwi-schen Bauteilkern und Ober\ufb02\u00e4che praktisch kein W\u00e4rmeaustausch mehr zwischen Kern und Umgebung statt. In-folgedessen steigt auch die W\u00e4rme-und Volumenentwicklung im Inneren durch Hydratation, was die Struktur negativ be-ein\ufb02usst \u2013 sei es das Nicht-Erreichen der gew\u00fcnschten Druckfestigkeit oder eine verst\u00e4rkte Bildung von Rissen durch ther-mische Ausdehnungen. Daher muss in diesem Fall beim Anmischen darauf ge-achtet werden, eine Anfangstemperatur von gerade mal 10 \u00b0C nicht zu \u00fcber-schreiten. Gleichzeitig d\u00fcrfen die tiefen Temperaturen im Winter nicht dazu f\u00fch-ren, dass die Betonmischung unter einen Wert von 10 \u00b0C f\u00e4llt, da ansonsten die Gefahr der Bildung von Lunkern besteht, also L\u00f6chern mit gefrorenem Wasser im Beton. Diese stellen eine erhebliche Be-eintr\u00e4chtigung der Festigkeit und Struk-tur des Betons dar.<\/p>\n

Kombination aus K\u00fchlung und Heizung<\/strong><\/p>\n

Hier bietet sich nun aufgrund der klimati-schen Bedingungen eine Kombination aus Anlagen zur Betonk\u00fchlung und -hei-zung an. Als Grundlage dient dabei er-neut eine Platteneisanlage, die in die-sem Fall gegen\u00fcber Scherbeneis den Vorteil hat, dass f\u00fcr die t\u00e4glich ben\u00f6tig-ten 110 t Eis nur eine anstatt zwei Anla-32 | Baustoffe gen erforderlich sind. Zudem kann die Platteneisanlage ebenfalls die Versor-gung mit Kaltwasser sicherstellen, so-dass keine separate Kaltwasseranlage n\u00f6tig ist, um die t\u00e4glichen 200 m3 Was-ser zur K\u00fchlung der Betonmischung zu liefern. Allein durch diese Massnahmen sinkt der Energieverbrauch um circa 185 kW und die ben\u00f6tigte Menge an K\u00e4ltemittel um \u00fcber 50 Prozent. Nicht zuletzt w\u00e4ren durch zwei Scherbeneis-anlagen zus\u00e4tzliche Transport-, Installa-tions-sowie Anlagenkosten entstanden, was bei besonders abgelegenen Gebie-ten wie diesem eine nicht unerhebliche Rolle spielt. Um den Beton jedoch auf die sehr niedrigen Temperaturen von 10 \u00b0C zu k\u00fchlen, kommt erg\u00e4nzend eine Aggregatk\u00fchlung durch Kaltluft zum Einsatz. Der besondere Vorteil besteht nun darin, dass mit den gleichen Kies-silos, die im Sommer f\u00fcr die K\u00fchlung verwendet werden, auch im Winter eine Beheizung gew\u00e4hrleistet werden kann. Hierf\u00fcr sind lediglich eine Anlage zur Erzeugung von Kaltluft sowie eine von Warmluft erforderlich, sodass ganzj\u00e4hrig eine gleichm\u00e4ssige Temperatur des Be-tons sichergestellt ist. Je nach Bedarf wird die entsprechende Anlage dem Silo zugeschaltet und die warme bezie-hungsweise kalte Luft durch den Kies geleitet. Zum Einsatz kommen in diesem Fall drei Heissluftanlagen sowie eine Heisswasseranlage f\u00fcr das Anmischen des Betons. Da auf abgelegenen Bau-stellen eine Versorgung mit gr\u00fcnen Brennstoffen nur schwer m\u00f6glich ist, entsteht die W\u00e4rme jeweils durch das Verbrennen von einfach zu lagerndem Heiz\u00f6l. In urbanen Regionen wird jedoch auch oft Erdgas oder Biogas verwendet.<\/p>\n

Trend in Richtung kompakter und energieef\ufb01zienter Anlagen<\/strong><\/p>\n

Zusammenfassend l\u00e4sst sich sagen, dass der Einsatz von Kaltwasser und -luft dem Einsatz von Eis in energetischer Hinsicht vorzuziehen ist. Wie bei dem Beispiel in S\u00fcdamerika kann durch den Verzicht auf einzelne Anlagen Platz gespart werden, was sich bei st\u00e4dtischen und allgemein beengten Baustellen bezahlt macht. Hier besteht die L\u00f6sung vor allem in modula-ren Anlagen, die beispielsweise fest ins-talliert in 20-oder 40-Fuss-Containern gestapelt werden k\u00f6nnen, sodass in der Breite weniger Raum erforderlich ist. Da-mit kann in dicht besiedelten Gebieten, wo Raum teuer ist, Platz gespart werden, w\u00e4hrend sich in abgelegenen Regionen die Transportkosten verringern. \u25a0<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Gerade in klimatisch anspruchsvollen Re-gionen wie dem Nahen Osten, S\u00fcdost-asien oder Afrika, wo extreme Tempera-turen herrschen, ist eine umfassende Senkung der Betontemperatur noch beim Mischen erforderlich. Doch auch in kalten oder wechselhaften Regionen muss der Beton temperiert und damit beheizt wer-den: Eine zu kalte Charge kann sonst ge-frieren und so zu Struktursch\u00e4den im Bauteil f\u00fchren. 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