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Das Forschungsprojekt FE87.0015/2019 „Analyse des Leistungsniveaus im Rettungsdienst für die Jahre 2020 und 2021“ beinhaltet die bundesweite Erhebung und Auswertung von rettungsdienstlichen Leistungsdaten in der Bundesrepublik Deutschland. Folgende Kernpunkte sind im Rahmen des Forschungsprojekts festgestellt worden: In der Bundesrepublik Deutschland sind im öffentlichen Rettungsdienst im Erhebungszeitraum 2020/21 jährlich rund 13,1 Mio. Einsätze bedient worden. Daraus entstanden rund 16,1 Mio. Einsatzfahrten. Von den Einsätzen entfallen rund 5,03 Mio. (38,3 %) in die Einsatzart Krankentransport und 8,09 Mio. Einsätze sind der Notfallrettung (61,7 %) zuzuordnen. Ein Notarzt wurde im Erhebungszeitraum in rund 2,19 Mio. Fällen pro Jahr alarmiert (16,7 %). Die Notfallrate der Einsätze pro Jahr und 1.000 Einwohner beträgt 97,3, die Krankentransportrate 60,5 und die Notarztrate 26,4. Von den Notfalleinsätzen sind 1,8 % als Verkehrsunfall deklariert, was einem Einsatzaufkommen von rund 134.000 pro Jahr entspricht. Dies entspricht einem Allzeittief und hat sich im Vergleich zur vergangenen Erhebung (Bezugsjahre 2016/17) nochmal verringert. Der größte Anteil am Notfallaufkommen ist durch den Einsatzanlass „sonstiger Notfall“ mit 70,1 %, gefolgt vom „internistischen Notfall“ mit 21,5 % und dem „sonstigen Unfall“ mit 6,3 %. Arbeitsunfälle machen 0,2 % des Notfallaufkommens aus. Für das gesamte Einsatzaufkommen wurden vornehmlich Rettungswagen (RTW) mit einem Anteil von 55,8 % eingesetzt. Darauf folgen Krankentransportwagen (KTW) mit 26,4 % sowie Notarzteinsatzfahrzeuge (NEF) mit 16,9 %. Rettungshubschrauber (RTH) sind im Erhebungszeitraum in 0,4 % aller Einsätze vertreten, was einem jährlichen Auf¬kommen von rund 66.800 Flügen entspricht. Bei Notfalleinsätzen ist nur ein geringer Unterschied des Einsatzaufkommens an Wochentagen (Montag bis Freitag) und an Wochenenden (Samstag und Sonntag) zu erkennen. Das durchschnittliche Einsatzaufkommen in der Notfallrettung in Deutschland liegt an einem mittleren Wochentag bei rund 22.500 Einsätzen sowie bei rund 21.500 Einsätzen an einem Samstag oder Sonntag. Im Krankentransport hingegen werden an Wochentagen im Durchschnitt 16.000 Einsätze pro Tag und an Wochenenden 8.200 Einsätze pro Tag bedient. Bei der Anfahrt zur Einsatzstelle wurde in rund 45,8 % der Einsätze das Sondersignal genutzt, was einem Gesamtaufkommen von 8,42 Mio. Einsatzfahrten mit Sondersignal pro Jahr im Erhebungszeitraum entspricht. Die mittlere Zeit zur Disposition und Alarmierung des Einsatzmittels betrug im Erhebungszeitraum 2,5 Minuten bei Einsätzen, die mit Sondersignal bedient wurden. Ohne die Nutzung von Sondersignal verlängerte sich die mittlere Dauer auf 3,8 Minuten. Zur Berechnung der Hilfsfrist werden nur Einsätze mit Sondersignal betrachtet. Hierbei markiert das zuerst eingetroffene geeignete Rettungsmittel die Hilfsfrist. Der Bundesdurchschnitt der mittleren Hilfsfrist im Erhebungszeitraum 2020/21 liegt bei 8,7 Minuten. 95 % aller Hilfsfrist-Einsätze werden in 16,2 Minuten erreicht. • Die mittlere Einsatzdauer der Notfalleinsätze liegt bei 74 Minuten, die mittlere Einsatzdauer der Krankentransporte liegt bei 81 Minuten. • Für den Zeitraum 2020/21 liegt der Anteil an Fehlfahrten bei ca. 2,5 %, was 0,4 Mio. Fehlfahrten pro Jahr in der Bundesrepublik Deutschland entspricht. • Für die Jahre 2020/21 beträgt die bundesweite mittlere Prähospitalzeit (Zeitraum vom Hilfeersuchen bis zum Erreichen des Krankenhauses) bezogen auf Notfalleinsätze 52,1 Minuten. 95 % der Notfallereignisse (95 %-Perzentil) erreichen innerhalb von 88,4 Minuten die Zielklinik. Bei Verkehrsunfällen ist die mittlere Prähospitalzeit mit 50,3 Minuten etwas kürzer. Das 95 %-Perzentil der Prähospitalzeit bei Verkehrsunfällen beträgt 84,6 Minuten.
With the aim of identifying suitable indicators and criteria for evaluating the safe human-machine interaction for SAE level 3 systems up to 60 km/h in the context of automated driving, this research project has started with a focus group interview to identify relevant publication channels and list of keywords regarding indicators for the evaluation of human-machine interaction at SAE Level 3. Based on the identified list of keywords, literature reviews have been conducted to extract relevant publications from the identified publication channels. According to the defined inclusion and exclusion criterion, 38 papers have then been selected and used for meta-analysis to study the influence of different takeover situations on takeover performances. The results of meta-analysis have indicated that drivers’ takeover performances measured by the categories of takeover time, takeover quality and subjective workload are different in static and dynamic situations. After that, expert interviews have been conducted with six international experts to help interpret the results of meta-analysis and develop checklist items. In the end, 16 checklist items assigned in six categories of system requirements have been developed and can be used by international experts to evaluate the safety of the human-machine interaction of SAE Level 3 systems up to 60 km/h in production vehicles. This checklist has been further developed to an online application, which can be used as an easy-to-implement and efficient evaluation procedure in relation to the traffic safety relevant interaction quality of the system.
Die neue Fassung der RStO
(2024)
Die Dimensionierung der Dicke von Straßenbetondecken erfolgt neben den standardisierten Vorgaben gemäß RStO [N1] mittels rechnerischer Dimensionierung des Oberbaus gemäß RDO [N3]. Dabei werden den Straßenbetonklassen charakteristische Spaltzugfestigkeiten zugeordnet. Die Erfahrungen hinsichtlich des zielsicheren Erreichens der erforderlichen Spaltzugfestigkeit oder ihrer Beeinflussung bei der Wahl der einzusetzenden Ausgangsstoffe sowie weiterer verarbeitungstechnischer Parameter bei den konventionellen, aber auch neuartigen Betonfahrbahndecken sollten weiterentwickelt werden. Es bestand daher eine Notwendigkeit, im Rahmen einer breit angelegten Parameterstudie durch zielgerichtete Laboruntersuchungen ergänzende Erfahrungen zur Verarbeitung, Erreichung der erforderlichen Festigkeitswerte und der Dauerhaftigkeit für zu konzipierende Betonzusammensetzungen zu erlangen. Der Einsatz alternativer Ausgangsstoffe und das Anpassen verarbeitungstechnischer Parameter könnten ressourcenschonend und nachhaltig die Wirtschaftlichkeit und die Öko-Bilanz der Betonfahrbahndecken ohne Verlust von Dauerhaftigkeit und Leistungsfähigkeit erhöhen, besonders auch im Hinblick auf die Entwicklung von Betonfahrbahndecken, deren Oberflächen durch Grinding zur Lärmminderung und Erhöhung des Nutzungskomforts beitragen sollen.
In umfangreichen, grundlegenden Untersuchungen mit aktuell praxisüblichen und modifizierten Mischungszusammensetzungen galt es, die Auswirkungen einzelner Ausgangsstoffe von Straßenbetonen auf die Spaltzugfestigkeit und die Dauerhaftigkeit zu quantifizieren. Basierend auf den gewonnenen Ergebnissen sollten Einflüsse auf die Betonzusammensetzungen definiert und Empfehlungen für die Praxis abgeleitet werden. In mehreren Arbeitsphasen wurden Betonprobekörper mit variierender Zusammensetzung der Ausgangsstoffe hergestellt, bis zu 91 Tage gelagert und geprüft. Weiterhin wurden die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Ausgangsstoffen, den damit konzipierten Mischungszusammensetzungen sowie deren Festigkeits- und Dauerhaftigkeitskennwerte detailliert untersucht und bewertet. Zusätzlich wurde der Einfluss unterschiedlicher Lagerungsbedingungen der Probekörper auf die erreichte Spaltzugfestigkeit untersucht.
Auf Basis der theoretischen und labortechnischen Erkenntnisse wurde die vor- oder nachteilige Auswirkung von insgesamt neun betrachteten Variationsparametern identifiziert und gewichtet. Die im Labor ermittelte Spaltzugfestigkeit lässt sich demnach durch die Anpassung des Luftporengehaltes im Frischbeton und des w/z-Wertes sowie durch den Einsatz alternativer Zementarten deutlich beeinflussen. Durch die Untersuchung ausgewählter Dauerhaftigkeitskenngrößen konnte gezeigt werden, dass alle betrachteten Laborbetone die normativen Anforderungen an Luftporenkennwerte der Festbetone erfüllten sowie ein hohes Maß an Frost-Tausalz-Widerstand aufweisen konnten. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse kann eine Empfehlung für die Praxis formuliert werden, wie Betonzusammensetzungen durch gezieltes Anpassen der untersuchten Variationsparameter beeinflusst werden können, um den Anforderungen an die Spaltzugfestigkeit in Abhängigkeit der Straßenbetonklasse gerecht zu werden.
Entwurfsempfehlungen für Querschnittsbreiten von Über-/Unterführungsbauwerken ländlicher Wege
(2024)
Bei Neu-, Um- und Ausbaumaßnahmen von Fernstraßen in der Baulast des Bundes werden häufig Unter-/Überführungsbauwerke erstellt, wobei hierzu in bestehenden Richtlinien unterschiedliche Entwurfsgrundlagen existieren. Dies sind zum einen die „Richtlinien für den ländlichen Wegebau“ (RLW) und zum anderen die „Richtlinien für den Entwurf, die konstruktive Ausbildung und Ausstattung von Ingenieurbauwerken“ RE-ING Teil 2 Brücken.
Während die RLW 2016 nutzbare Fahrbahnbreiten von 4,50 m ausweisen, fallen diese in den RE-ING mit 4,00 m um 0,50 m schmaler aus. Außerdem schlagen die RLW 2016 insbesondere im Zuge langer Unterführungen vor, einen der beiden 1,00 m breiten Sicherheitsräume zu Lasten des anderen für zu Fuß Gehende/Radfahrende auf 1,50 m zu verbreitern. Nach den RLW 2016 ergibt sich damit eine Gesamtquerschnittsbreite von 6,50 m, während sich in den RE-ING durch die schmaleren Sicherheitsräume von nur 0,50 m eine Gesamtquerschnittsbreite von 5,00 m ergibt.
Das landwirtschaftliche Wegenetz wird teilweise von sehr breiten landwirtschaftlichen Maschinen befahren. Seitens der Vertreter der Landwirtschaft werden aufgrund möglicher Begegnungsfälle mit zu Fuß Gehenden und Radfahrenden, weitere Verbreiterungen der Querschnittsmaße gefordert, welche die bislang in den Richtlinien enthaltenen Werte noch übersteigen.
Im Rahmen des Forschungsprojektes sollten daher, unter besonderer Berücksichtigung der Verkehrssicherheit und der Wirtschaftlichkeit sowie der Breitenanforderungen der aktuellen Fahrzeugflotte ländlicher Maschinen, empfohlene Querschnittsbreiten im Bereich von Unter-/Überführungsbauwerken ländlicher Wege ermittelt werden. Dabei wurden maßgebende Begegnungsfälle zwischen breiten landwirtschaftlichen Fahrzeugen und zu Fuß Gehenden / Radfahrenden berücksichtigt.
Eine Netzanalyse relevanter Bauwerke sowie der zugelassenen landwirtschaftlichen Fahrzeuge sowie die Einbeziehung lokaler Radrouten führte zur Festlegung eines Untersuchungskollektivs von 44 Bauwerken (26 Unter- bzw. 18 Überführungen) in drei Regionen.
Insgesamt wurden aus den an 533 Erhebungstagen aufgezeichneten ca. 3.990 Stunden Videomaterial, welches im Bereich der Unter-/Überführungsbauwerke aufgenommen wurde, ca. 4.500 zu Fuß Gehende, ca. 12.500 Rad Fahrende, ca. 16.500 Pkw, ca. 350 Lkw, ca. 625 sonstige Kfz und ca. 1.200 landwirtschaftliche Fahrzeuge erfasst.
Dabei ergaben sich 322 Begegnungen zwischen schwachen Verkehrsteilnehmenden und Pkw, 8 Begegnungen zwischen schwachen Verkehrsteilnehmenden und Lkw und 42 Begegnungen zwischen schwachen Verkehrsteilnehmenden und landwirtschaftlichen Fahrzeugen.
Grundsätzlich ist ein kooperatives Verhalten von zu Fuß Gehenden und Rad Fahrenden sowie dem landwirtschaftlichen Verkehr festzustellen. Es wurde beispielsweise beobachtet, dass Begegnungen mit sehr breiten Fahrzeugen häufig außerhalb der Bauwerke stattfinden.
Die genannten Begegnungen waren ausnahmslos als unkritisch einzustufen, Es ist daher auch kein Einfluss der Bauwerksbreite als maßgeblichem baulichen Charakteristikum für Gefährdungspotenziale erkennbar, auch nicht bei schmalen Bauwerken.
Weder aus den beobachteten Begegnungen zwischen Fuß- und Radverkehr mit landwirtschaftlichem Verkehr noch mit dem regulären Kfz-Verkehr lassen sich Erkenntnisse ableiten, dass auf Basis dieser Begegnungen Änderungen an den Fahrbahnbreiten im Regelwerk vorgenommen werden sollten.
Auch für eine generelle Verbreiterung von Bauwerken mit landwirtschaftlichem Verkehr aufgrund zunehmender Fahrzeugbreiten ergeben sich aus den Erhebungen keine Hinweise
Der überproportionale Anstieg des Verkehrs in den letzten Jahrzehnten (Last und Anzahl) in Verbindung mit der Altersstruktur der Brücken in Deutschland erfordert Erhaltungsmaßnahmen zur Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit des Infrastrukturnetzes. Das steigende Schwerlastverkehrsaufkommen führt zu einer permanent hohen Brückenauslastung und einer beschleunigten Alterung. Der resultierende Bauwerkszustand kann eine Nutzungseinschränkung oder eine Verringerung der Restnutzungsdauer erforderlich machen. Umfangreiche Verstärkungsmaßnahmen oder ein Ersatz der betroffenen Bauwerke, insbesondere des älteren Brückenbestands, sind aufgrund eingeschränkter Kapazitäten und einem erhöhten Mittelbedarf kurzfristig nicht umsetzbar. Aus diesem Grund sind alternative Erhaltungsstrategien zu verfolgen, um die Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit des Infrastrukturnetzes zu gewährleisten. Das Bauwerksmonitoring stellt hierbei ein Werkzeug der Erhaltungsplanung zur möglichen Verlängerung der sicheren Nutzung von Brückenbauwerken dar. Grundsätzlich ist der strategische Einsatz von Monitoring über die gesamte Lebensdauer möglich, um frühzeitig auf sich ankündigende Veränderungen des Tragwerkzustands reagieren zu können.
Beim Bauwerksmonitoring handelt es sich um eine Spezialdienstleistung. Kenntnisse zum Einsatz und Nutzen von Monitoring und der Einbindung in die Erhaltungsplanung liegen den Straßenbauverwaltungen derzeit nur eingeschränkt vor. Vor diesem Hintergrund wurde von der Bundesanstalt für Straßenwesen eine Länderabfrage zum Einsatz von Monitoring bei den Straßenbauverwaltungen durchgeführt. Aus den gemeldeten Maßnahmen wurden Monitoringanwendungen für die detaillierte Erfassung der gesammelten Erfahrungswerte mittels Fragebögen ausgewählt. Das Ziel der Erfahrungssammlung ist den Stand der Technik des Bauwerksmonitorings und die Anwendungsmöglichkeiten zur Förderung einer strukturierten Anwendung von Monitoring aufzuzeigen. Im Rahmen der Erfahrungssammlung werden die Erfahrungswerte zu den Anwendungsbereichen, der Leistungsfähigkeit und der Grenzen von Brückenmonitoring dargestellt und sollen eine Erfahrungsgrundlage für die zukünftige Ausschreibung, Planung und Umsetzung von Brückenmonitoring bieten.
In einem ersten Teil wird der Stand der Technik des Brückenmonitorings beschrieben und in Monitoringziele gegliedert. Die Monitoringziele richten sich überwiegend nach der Erfassung unterschiedlicher Bauwerksreaktionen, wie. z. B. die Erfassung von Verformungen oder Rissentwicklungen. Den Messzielen werden die in der Praxis angewandten Messverfahren zugeordnet. Neben Angaben zur Funktionsweise und Leistungsfähigkeit der Messtechnik werden Angaben zum Informationsgewinn gemacht. Es folgen Hinweise zu den Anwendungsgrenzen des Monitorings und zur Qualitätssicherung, sofern Erfahrungswerte vorhanden sind.
In einem zweiten Teil werden in einer Beispielsammlung ausgewählte Monitoringmaßnahmen und deren Ergebnisse beschrieben. Es werden die Monitoringgründe, die für das Monitoring bedeutsamen Bauwerksmerkmale und das Ziel der Messungen aufgeführt. Neben den übergeordneten Gründen werden die verwendete Messtechnik, die Zuständigkeiten im Monitoringprozess, der Informationsgewinn und das Datenmanagement beschrieben.
Ergänzend zur Darstellung des Stands der Technik und der Beispielsammlung von Monitoringanwendungen werden zusätzliche Erfahrungswerte aus den Fragebögen insbesondere zur Ausschreibung und Vergabe und den Zuständigkeiten der Akteure im Monitoringprozess in einer statistischen Auswertung analysiert und dargestellt.
Erhebung der Nutzungshäufigkeit von Smartphones durch Pkw-Fahrer, Radfahrer und Fußgänger 2022
(2024)
Der Stellenwert von Mobiltelefonen nimmt in der Bevölkerung stetig zu. Damit einher geht auch das Risiko der Nutzung von Mobiltelefonen im Straßenverkehr, welche die Verkehrssicherheit von Zufußgehenden, Radfahrenden und Pkw-Fahrenden negativ beeinflusst. Deshalb erscheint es essenziell, repräsentative Daten über die Mobiltelefonnutzung dieser Zielgruppen systematisch und kontinuierlich zu dokumentieren. Der vorliegende Bericht beschreibt die Vorgehensweise einer aktuellen Beobachtungsstudie und stellt die Ergebnisse als Basis für die zukünftige Fortschreibung dar.
Im Sommerhalbjahr 2022 wurden hierzu in 17 Erhebungsgemeinden in Deutschland Zufußgehende, Radfahrende und Pkw-Fahrende im Zeitraum von Montag bis Freitag jeweils zwischen 7:00 Uhr und 18:00 Uhr und am Samstag zwischen 9:00 Uhr und 15:30 Uhr hinsichtlich der Nutzung eines Mobiltelefons, im Sinne einer Punktprävalenz, beobachtet. Die Beobachtungsdaten wurden in Anlehnung an MiD2017-Befragungsdaten gewichtet.
Die gewichteten Beobachtungsdaten umfassen 68.819 Zufußgehende, 52.572 Radfahrende und 78.980 Pkw-Fahrende. Diese Daten wurden sowohl hinsichtlich differenzierter Smartphonenutzungsarten ausgewertet als auch aggregiert, zur aktiven und potenziellen Nutzung sowie zur Nutzungsbereitschaft, und zu einer Punktprävalenz der Smartphonenutzung. Dabei lassen sich folgende zentrale Befunde benennen:
• Zum Beobachtungszeitpunkt waren 15,3 % der Zufußgehenden aktiv oder potenziell mit ihrem Mobiltelefon beschäftigt oder hielten das Mobiltelefon lediglich in der Hand. 7,4 % der Zufußgehenden nutzten ihr Smartphone aktiv, 4,2 % haben es potenziell genutzt und 3,7 % zeigten eine Nutzungsbereitschaft. Als Prävalenz der Smartphonenutzung unter Zufußgehenden (aktive und potenzielle Nutzung) lässt sich ein Anteil von 11,6 % der Beobachteten berechnen.
• Unter den Radfahrenden waren zum Beobachtungszeitpunkt 11,7 % potenziell mit ihrem Mobiltelefon beschäftigt, nutzten das Mobiltelefon aktiv oder zeigten sich nutzungsbereit. Die aktive Nutzung eines Smartphones ließ sich bei 3,6 % der Beobachteten dokumentieren, eine potenzielle Nutzung bei 7,9 %. 0,2 % der beobachteten Radfahrerinnen und Radfahrer zeigten ihre Nutzungsbereitschaft durch das Halten des Smartphones in der Hand. Diese Summe der aktiven und potenziellen Nutzung sowie der Nutzungsbereitschaft entspricht unter Radfahrenden auch der Prävalenz ihrer Smartphonenutzung.
• Zum Beobachtungszeitpunkt haben sich 11,4 % der Pkw-Fahrenden aktiv oder potenziell mit ihrem Smartphone beschäftigt. Dieser Wert entspricht auch der Prävalenz ihrer Smartphonenutzung. 4,9 % der beobachteten Pkw-Fahrenden nutzten ihr Smartphone aktiv, 6,5 % wurde eine potenzielle Nutzung zugeschrieben.
Für jede der drei Verkehrsbeteiligungsarten konnte festgestellt werden, dass mehr als jede oder jeder zehnte Beobachtete das Smartphone aktiv oder zumindest potenziell (Kopfhörer tragen, sprechen oder Blick auf Mittelkonsole bzw. in den Schritt) genutzt hat.
Ein weiterer Befund, der über alle Verkehrsbeteiligungsarten verallgemeinert werden kann, ist die höhere beobachtete Smartphonenutzung von Verkehrsteilnehmerinnen und Verkehrsteilnehmern ohne Begleitperson. Besonders für die Smartphonenutzung im Pkw-Verkehr bietet sich die Ansprache und Sensibilisierung von Mitfahrenden für den Regelverstoß und die damit verbundene Ablenkung an.
Hinsichtlich der Wochentage zeigte sich für Zufußgehende der Donnerstag, für Rad- und Pkw-Fahrende der Dienstag als der Tag, an dem die höchste Smartphonenutzungsquote beobachtet werden konnte. Für alle Verkehrsbeteiligungsarten war die Smartphonenutzung am Samstag mit am geringsten. Dies wurde mit der an diesem Tag häufigeren Begleitung der beobachteten Zielpersonen in Verbindung gebracht. Der Befund der samstäglichen Besonderheit rechtfertigt ex post die Ausweitung der beobachteten Wochentage von der Kernwoche (Dienstag, Mittwoch, Donnerstag) auf sämtliche Werktage.
Im Tagesverlauf war die Prävalenz der Smartphonenutzung im Fuß- und im Radverkehr nachmittags am höchsten, im Pkw-Verkehr dagegen zu dieser Zeit am niedrigsten.
Für beobachtete Männer ließen sich durchweg bei allen Verkehrsbeteiligungsarten höhere Prävalenzen der Smartphonenutzung feststellen als für Frauen.
Ebenfalls bei allen Verkehrsbeteiligungsarten zeigten sich klare Altersunterschiede in der Smartphonenutzung. Während die jüngsten Beobachteten (bis unter 25 Jahre) deutlich am häufigsten ihr Mobiltelefon im Straßenverkehr nutzten, ließ sich dieses Verhalten unter den ältesten Probanden (über 65 Jahre) nur selten beobachten. Dies ist ein klarer Hinweis darauf, dass zukünftige Präventionsmaßnahmen zur Vermeidung einer Smartphonenutzung im Straßenverkehr sich primär an Jugendliche und junge Erwachsene richten sollten. In einer Lebenslaufbetrachtung hebt dieser Befund die Bedeutung der schulischen Mobilitäts- und Verkehrserziehung und der Fahrausbildung im Zuge des Fahrerlaubniserwerbs zur Prävention der Smartphonenutzung im Straßenverkehr hervor.
Im Rahmen des Forschungsprojektes „Erprobung einer geothermischen Bergwassernutzung am Grenztunnel Füssen“ wurde die Funktionsweise einer „direkten, passiven geothermischen Freiflächentemperierung“ erprobt, die in den Jahren 2019/20 auf dem Betriebshof der Autobahnmeisterei am Nordportal des Grenztunnels Füssen baulich realisiert wurde. Hierzu wird das Bergwasser des angrenzenden Grenztunnels Füssen durch bifilar verlegte Rohrregister gepumpt. Das Bergwasser erwärmt im Winter die Fahrbahnoberfläche, um diese schnee- und eisfrei zu halten, und kühlt diesen im Sommer ab, um Spurrillenbildung vorzubeugen. Das in diesem Kontext realisierte Technikum ist mit neun Freiflächen ausgestattet, wobei der Fahrbahnaufbau bei sechs Freiflächen aus Asphalt und bei den weiteren drei aus Beton besteht; jeweils eine Beton- und eine Asphaltfläche wurde als Referenzflächen nicht mit Rohrregistern versehen.
Die Testflächen variieren bezüglich der Anordnung der Rohrleitungen hinsichtlich der Tiefenlage, den Rohrachsabständen sowie bezüglich des Deckschichtaufbaus. In jedem Feld wird der Durchfluss, Vor- und Rücklauftemperatur, sowie in Feldmitte, als auch am Rand die Temperatur in zwei Sensorebenen unterhalb und oberhalb der Rohrleitungen gemessen.
Bei direkten, passiven Freiflächenheizungen wird das Wasser direkt ohne Wärmetauscher und -pumpe durch die Rohre gepumpt. Die einzig verstellbare Größe stellt der Volumenstrom dar, welcher die Geschwindigkeit des durchströmenden Wassers bestimmt. Der dimensionslose Wärmeübergangskoeffizient des strömenden Wassers zur Umgebung nimmt mit Anstieg der Geschwindigkeit zu, so dass mehr Wärme übergeben wird.
Im Rahmen des von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) geförderten Forschungsvorhabens „Erprobung einer geothermischen Bergwassernutzung am Grenztunnel Füssen“ wurde das Technikum durch das Institut für Geotechnik der Universität Stuttgart über zwei Jahre in Winter- und Sommerperioden im Einsatz getestet.
Im Fokus der Forschungsaktivitäten stand die vollständige Erfassung und Analyse der Wärmeströme temperierter Verkehrsflächen und anwendungsorientiert die Entwicklung eines möglichst effizienten und störungsfreien Betriebskonzeptes solcher Anlagen. Das Forschungskonzept für das Technikum Füssen sah vor, wesentliche Parameter der atmosphärischen Wärmeströme messtechnisch zu erfassen, daneben aber die Analyse der Messergebnisse durch numerische Simulationen zu ergänzen, die notwendig sind, um die für die Energiebilanz zur Freiflächentemperierung erforderlichen Wärmeströme, die messtechnisch nicht vollständig erfasst werden können, ergänzend abzubilden und die im weiteren als Übertragungsmodell genutzt werden sollen, um auf der Basis von Parameterstudien Empfehlungen für die Planung und den Betrieb von direkten, passiven geothermischen Flächentemperierungen auch für von dem Standort Füssen abweichende Randbedingungen abzuleiten.
In eine optimierte automatische Anlagensteuerung wurden dabei auch Wetterprognosen integriert. Im Ergebnis wurde eine Implementierungshilfe zum Einsatz von direkten, passiven Freiflächenheizungen zur Schnee- und Eisfreihaltung von Verkehrsflächen an Tunnelportalen formuliert, die einen wesentlichen Beitrag dazu leisten soll, solche nachhaltigen Konzepte zu einer Regelanwendung an Tunnelportalen zu machen.
Zur Bemessung und Auslegung der Anlage wurden alle auf die Freiflächen wirkenden, messbaren und nicht regulierbaren Wärmeströme ermittelt und quantifiziert. Zu allen Wärmeströmen gibt es, sofern alle notwendigen Daten vorliegen, analytische Berechnungsmöglichkeiten. Um das Verhalten der Anlage zu analysieren und um bei numerischen Untersuchungen Szenarien zu untersuchen, deren Randbedingungen klar definiert und messbar sind, wurden Testszenarien entwickelt. Es wurden für den winterlichen Betrieb fünf und den sommerlichen Betrieb zwei Testszenarien definiert, welche eine atypische Steuerung bei außergewöhnlichen Wetterereignissen vorsahen, um darüber hinaus auch die Grenzen der Leistungsfähigkeit der Anlage auszuloten.
Im Testszenario „Schneefall“ trat starker Schneefall ein, sodass zu den ohnehin gemessenen Daten die Dichte, Intensität und Temperatur des Schnees gemessen werden konnte. Die Auswertung weiterer Schneemessungen ergab, dass mit abnehmender Außentemperatur die wärmedämmende Wirkung des Schnees steigt .Ein weiteres Szenario zur Untersuchung der Glätte, sollte Kenntnisse zur Trägheit bzw. Reaktionszeit des Systems liefern, weshalb die Anlage über längere Zeit außer Betrieb genommen wurde, bevor die Anlage dann bei der Ankündigung von Glätte mit adäquater Vorlaufzeit aktiviert wurde.
Um die, das Verhalten der Freiflächenheizung maßgebend beeinflussenden Parameter, zu analysieren und einordnen zu können, wurden numerische Simulationen mit einem gekoppelten hydraulisch-thermischen Modell durchgeführt. Das Modell simuliert das Verhalten der Freiflächen während der Testszenarien und soll die schwer durch Messungen ermittelbaren Wärmeströme (z. B. kurzwellige Strahlung) identifizieren und quantifizieren. Die Validierung der Simulation erfolgt anhand der Messdaten, welche in Perioden erfasst wurden, in denen die äußeren atmosphärischen Randbedingungen möglichst präzise bestimmbar sind. Es zeigt sich, dass die numerisch ermittelten und gemessenen Daten gut übereinstimmen. Die Parameterstudien bestätigte u.a. die Beobachtung, dass Kupferleitungen höhere Fahrbahnoberflächentemperaturen induzieren. Ferner wurde eine Aktivierungszeit von 9 Stunden vor Ankündigung eines Wettereignisses (Glätte etc.) als ausreichend ermittelt, um die Fahrbahnoberflächen auf ein verwertbares Temperaturniveau zu heben. Es wurde auch festgestellt, dass das Abschmelzen von Schnee sehr energieintensiv ist i.e. nicht jeder Schneefall kann unmittelbar abgeschmolzen werden und es bedarf ggf. zusätzlicher Straßenräumung. Die Eisfreihaltung an der Freiflächenoberfläche konnte aber gewährleistet werden, sodass bei starkem Schneefall zwar geräumt werden muss, aber kein Salz zum Auftauen benötigt wird.
Die tatsächlich gemessenen Klimadaten stimmen nicht immer mit der Prognose überein, sodass, um auf der sicheren Seite liegend, bei der automatischen Steuerung sowohl gemessene Daten als auch Wetterprognosen berücksichtigt wurden. Die Programmierung der Steuerung erfolgte mittels eines Python Scripts. Die Fernsteuerung wurde im Winter 2021/22 erfolgreich für den Betrieb der Anlage eingesetzt. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Flächen durchgehend eisfrei gehalten werden konnten. Alle bei Planung, Bemessung und Betrieb gewonnenen Erkenntnisse wurden in eine Implementierungshilfe integriert, welche potenziellen Anwendern die Planung von direkten, passiven Freiflächenheizungen erleichtert.
Das Forschungsvorhaben belegt, dass die an deutschen Straßentunneln anfallende Drainage- bzw. Bergwässer als nachhaltige Energiequelle u. a. für die Temperierung von Betriebsgebäuden und zur Temperierung von Verkehrs- und Betriebsflächen an den Tunnelportalen genutzt werden können. Das Konzept kann bei allen Bestandstunneln, bei denen Tunneldrainagewässer anfallen, grundsätzlich eingesetzt und die Verfahrenstechnik dabei auch nachträglich installiert werden. Die Nutzung von Drainagewässern ist grundsätzlich grundlastfähig und kann damit sowohl zur Kühlung, aber auch zum Heizen eingesetzt werden. Die Temperierung von Verkehrsflächen zur Eis- und Schneefreihaltung eine zweite besonders effiziente Nutzung, die es erlaubt, ausgewählte Bereiche vor Tunnelportalen und auf Betriebsflächen im Winter energieeffizient zu beheizen und somit den hier oft besonders aufwändigen Winterdienst (Freihaltung Fluchtwege etc.) und den Taumitteleinsatz vor Tunnelportalen zu reduzieren. Zugleich kann der bauwerksschädigende Eintrag von Streusalz und Chloriden in den Tunnel verringert und hierdurch die Lebensdauer von Tunnelschale und -ausbau verlängert werden.
In Hinsicht auf die Nutzung erneuerbarer Energien im Betrieb von Straßentunneln bieten sich hier innovative Konzepte für die Zukunft, die auch bei Bestandstunneln nachgerüstet werden können.
Erprobung von Betonfertigteilen für den Neubau und die grundhafte Erneuerung auf dem duraBASt
(2024)
Im Bereich der Erhaltung kamen Fertigteile schon seit einigen Jahren vermehrt zum Einsatz. Die Technologie eignet sich aber auch zum Neubau bzw. der Erneuerung von Verkehrsflächen.
Dieses Forschungsvorhaben wurde initiiert, um hierzu die vorhandenen Grundlagen zu verbessern und die Praxistauglichkeit von Fertigteilen im Neubau nachzuweisen.
Im Rahmen dessen wurden zu Beginn theoretische Betrachtungen zur Anwendung der Bauweise gemacht. Es wurden verschiedene Möglichkeiten zur Querkraftübertragung von Fertigteilen untereinander und zur Höhenjustierung erörtert. Weiterhin wurde ein FEM-Modell erstellt, das der Berechnung der Spannungen in Fertigteilen infolge verschiedener Belastungen und somit auch der Dimensionierung von Fertigteilen dient.
Weiterer Kernbestandteil des Forschungsvorhabens war die praktische Umsetzung der Bauweise in Form eines Demonstrators. Auf dem duraBASt wurde eine Versuchsstrecke mit den Abmessungen ca. 30 m x 3,90 m angelegt. Hierzu wurde vorab ein Konzept erstellt, bei dem die Varianten der Querkraftübertragung, die Höhenjustiersysteme, die Oberflächentextur und die Unterlage variiert wurden. Nach Herstellung der Fertigteile wurden diese auf die Baustelle geliefert, verlegt, höhenmäßig ausgerichtet und die Hohlräume unter den Fertigteilen und teilweise in den Kopplungssystemen mit Unterpressmaterial dauerhaft verfüllt.
Der fertiggestellte Demonstrator diente sodann dem Nachweis der Dauerhaftigkeit und zur Kalibrierung des FEM-Modells. Hierzu wurde die Untersuchungsstrecke durch die BASt mit dem MLS30 belastet. Im Anschluss an die jeweiligen Belastungen wurden unter anderem FWD-Messungen und visuelle Begutachtungen durchgeführt.