Dimensionierung der Kanalspülung, Stuttgart Stadtquartier Neckarpark

Voraussetzung für eine effiziente Abwasserwärmenutzung

Auf dem 22 Hektar großen Areal des früheren Güterbahnhofs Bad Cannstatt soll ein neues Stadtquartier mit rund 450 Wohnungen sowie Gewerbeeinheiten entstehen – mit innovativer Energieversorgung aus dem Untergrund. Für die geplanten Neubauten soll Abwasser als Hauptwärmequelle genutzt werden.

Geplant ist der Neubau eines 760 m langen Mischwassersammlers, der auf einer Länge von 300m mit einem Wärmetauscher ausgestattet werden soll. Der bisherige Bestandskanal wies bereits umfangreiche Ablagerungen auf und aufgrund der flachen Sohlgefälle ist auch im neuen Kanal mit starker Sedimentation zu rechnen. Diese Sedimente beeinträchtigen die Effektivität des Wärmetauschers, deshalb sollen sie mittels Schwallspülung regelmäßig entfernt werden.

UNGER ingenieure, heute WEBER-Ingenieure, wurde vom Ingenieurbüro Klinger und Partner, Stuttgart, beauftragt, die grundsätzlichen Möglichkeiten der Kanalspülung zu untersuchen. Die herausgearbeitete Vorzugsvariante der Schwallspülung wurde entsprechend analytisch dimensioniert. Um die Wärmetauscher frei von Ablagerungen zu halten, wird oberstromig von der Wärmetauscherstrecke ein Spülschild in den Kanal integriert. Die so mögliche Nutzung des Trockenwetterabflusses als Spülmedium ermöglicht eine freie Wahl der Spülfrequenz, unabhängig von Regenwetterabflüssen oder externer Spülwasserversorgung. Die Anlage wird die Größte ihrer Art in Deutschland werden.

Dimensionierung und Modellierung der Schwallspülung

Die analytische Auslegung des Spülsystems ermittelte das grundsätzlich notwendige Spülvolumen unter Berücksichtigung der Randbedingungen wie Einstaudauer, seitliche Zuflüsse und hydraulische Verluste auf der Spülstrecke. Die Kanalspülung wurde anschließend mittels eindimensionaler numerischer Modellierung berechnet. Die Auswertung der Modellierungsergebnisse entlang der Einbaustrecke des Wärmetauschers sowie am Ende des betrachteten Kanalstranges erfolgte bezüglich der Wellenhöhen, der Fließgeschwindigkeit sowie der erzielten Sohlschubspannung an der Kanalsohle. Den Abschluss der numerischen Modellierungen bildete die Betrachtung des Wellenablaufes an einem rund 600 m stromab gelegenen Regenüberlaufbecken. Die Spülwelle erzielt auf dem Weg zum Becken noch ausreichend große Sohlschubspannungen um auch diese Kanalstrecke nachhaltig zu reinigen und wird die Drosselschieber des Beckens durchströmen, ohne einen Aufstau zu verursachen, der eventuell zu Ablagerungen am Beckenzulauf führen könnte.

Als Berater im Projekt gab UNGER ingenieure praktische Hinweise zum Probebetrieb des Spülsystems mit Betrachtung der Ablagerungsbildung, den sinnvollen Wartungsintervallen sowie die Einbindung des Kanalspülers in ein Fernwirksystem.